穩定性的核素圖]]
幻数(),又稱魔數、巧數,是指原子核中质子数和中子数的某个特定数值。当质子数或中子数为幻数时,原子核會显示出較高的稳定性。
目前已经确认的幻数有:2、8、20、28、50、82、126這七個幻數。
自然界广泛存在的氦、氧、钙、镍、锡、铅元素的质子数分别与2到82的幻数相对应,這些元素都具有多個穩定的天然同位素,其中錫更是擁有最多穩定同位素的元素。而质子数为126的元素Ubh目前尚未发现,預計其處於放射性超重元素穩定島的中央,故可能具有相對極長的半衰期。当原子核之质子數和中子数皆为幻数时,这样的情况称为双幻数。例如质子数82、中子数126的铅同位素208Pb,就具有双幻数,從而显得异常稳定。
一般认为,幻数的存在反映了原子核具有「壳层结构」。1949年德国物理学家玛丽亚·格佩特-梅耶和約翰內斯·延森等人建立了原子核的核殼層模型。当原子核中存在幻数时,核子以集体的形式充满了某个能级,没有核子向更高的能级跃迁,因此这些原子核相当稳定。
原子核形状
其他理论
有些科学家在别的核子数目中也发现了较高的稳定性,认为这说明这些数字也会造成次殼層填滿,所以也是幻数:
- 2000年5月日本物理学家发表论文称16有可能也是一个幻数,随后又发现6、30、32也可能是新的幻数。
- 除此之外,还有人发现了一些比较次要的幻数,但其依然造成其元素豐度相对较高:比如6(碳),14(硅),16(硫),32(锗),38(锶),40(锆),58(铈),70(镱),92(铀)等(OEIS数列A018226)
参考文献
参阅
- 元素周期表
- 核壳层模型
- 稳定岛
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