裂變同質異能素

裂變同質異能素的存在是1962年由С.М.波利卡諾夫等人首次發現的。B.M.斯特魯金斯基1967年提出的雙峯裂變勢壘理論，很好地解釋了這一現象以及另外一些當時尚未得到解釋的事實。 經典的液滴模型裂變理論認為，在裂變過程中，原子核發生形變，形變增大到一定程度後，斷開成兩部分。隨着形變的增大，原子核的勢能先是上升，到達一極大值，然後再下降，這就是裂變勢壘。斯特魯金斯基把核殼層模型的概念從球形核推廣到大形變核(見綜合模型)，對上述液滴模型理論進行校正。由於大形變的殼修正，某些中子數接近147的原子核，勢能曲線上出現一個凹坑，形成了兩個峯。這樣的勢壘稱為雙峯勢壘。

對於雙峯勢壘，除了基態外，還存在一個亞穩的同核異能態。它和基態之間由一個勢壘隔開，所以儘管自旋差異不大，核素也不會很快躍遷回基態去。核素可以穿透外壘而發生自發裂變。同基態的自發裂變相比，穿透的勢壘要低得多，也薄得多，所以自發裂變半衰期比基態的短很多。

裂變同核異能態的成因與原子核的一般同核異能態(見同質異能素)的不同，並非由於較大的自旋差異，而是由於該態原子核的形狀同基態的不一樣，所以又被稱為形狀同核異能態。有趣的是，形狀同核異能態本身還可以具有自己的自旋同核異能態。因此，一個核素可以有兩個裂變同核異能態，它們之間自旋相差很大，激發能、壽命也不一樣。

到1979年為止，在鈾、鎿、鈈、鎇、鋦、錇的33個核素中（質子數92～97，中子數145～152），總共已觀察到44個裂變同質異能素，以鈈、鎇為最多。其中，半衰期最短的只有10-12秒量級，最長的為14毫秒。 裂變同質異能素的發現及深入研究，豐富了人們對於裂變過程的認識，也加深了對於重原子核特性的瞭解。 ^[1] 

自從1962年發現形狀同質異能素以來，在錒系區域已發現約有35個核素具有同質異能素，其中最重的同質異能素為^245mBk，最輕的為^234mU；以及壽命最長的是^242mAm；最短的是^244mGm。並發現有些形狀同質異能素（如Pu，Gm）具有兩個壽命，其中一個是第二極小中的基態，而另一個是對應的激發態——自旋或K禁戒的同質異能素，證實了Vandenbosch等人曾在1969年首先提出在第二極小中存在雙準粒子激發態的預言。

1974年Metag等人發展了尋找壽命為微微秒級的裂變同質異能素的技術——投影法，此方法能探測在10微米以內發生的緩發裂塊，這是半衰期測量技術的重大貢獻。從此以後，短壽命的同質異能素不斷髮現，使實驗數據更加完善。對於Z大於或等於98的同質異能素的半衰期預言可能更短，故能否探索在1微米內發生的緩發裂塊顯得尤為重要。

有關裂變同質異能素性質的研究，最廣泛的是測量它們的半衰期，將1979年9月份之前世界上已發表的裂變同質異能素半衰期的實驗值編於表1，並將它們的半衰期的對數值和中子數關係列於圖1。高度形變的原子核亞穩態，即所謂形狀同質異能素的出現，反映了形狀穩定是與新的殼結構相聯繫的。幻數最穩定，壽命應最長，通過分析壽命可以確定幻數是多少。由圖1推知，奇奇核Am壽命最長的是中子數為127，奇偶核Am壽命最長的是中子數為148；奇偶核^241mPu壽命最長，它的中子數為147。真正的檢驗要看偶偶核，如^238mU，^240mPu，^242mGm壽命最長，它們的中子數皆在146，所以從實驗結果可以判定中子數為146時，形狀同質異能素特別穩定。

在一定中子數時，半衰期的對數值隨質子數的增加而線性地下降，並不出現極大值，這是與液滴部分的外壘高度隨Z²/A的增加而減少是一致的，不存在幻質子數。由此可知，形狀同質異能素主要是由中子殼效應（強的負殼修正）而引起的高度形變——形成雙峯位壘，並非質子殼效應。故認為形狀同質異能素長短軸之比為2：1，它的幻中子數為146的預言，與實驗結果相符合。 ^[2]