核同质异能素（），亦稱同质异能素、-{zh-cn:同核异构体;zh-tw:核同質異能素}-、-{zh-cn:同核异构物;zh-tw:同核異構體}-、核異構素、異構核，是指原子核處於亞穩態的核素。當原子核中的一個或多個核子處於比基態更高的能階，會使原子核處於激发态，这种状态下原子核内的核子会占用能量更高的核子轨道。激發態原子核通常會在無法直接測量的極短時間內（約10−12秒）以γ射線的形式放出能量（γ衰變或）而回復到基態，而某些激发态原子核的半衰期比一般的激发态原子核的半衰期要长（通常达到100~1000倍的时间），因此被称作处于“亚稳态”（）。“亞穩態”一詞通常指半衰期大於10−9秒的激發態原子核，一些文獻中以5 × 10−9秒為界限來區分亞穩態原子核和一般的“瞬間”衰變激發態原子核。亞穩態原子核由於具有可測量的較長半衰期，在核物理學上被視為和基態原子核不同的核素，稱作核同质异能素，并在核素的质量数后附上“m”作为标记，如鎝-99m（）、鈷-60m（）等。
穩定性
核同质异能素的半衰期大多不到一秒，有些種類可以達到數分鐘、數小時甚至數年。也有非常极端的例子，比如鉭-180m1（）的半衰期就长到至今都没能观测到其衰变（推测至少有1.2×1015年，已经超过了宇宙已存在的时间），是最長壽的核同质异能素，也是核同质异能素中唯一的穩定核素。也有少數核同质异能素的半衰期超過其對應的基態核素的半衰期，例如前述的鉭-180m1（）在觀測上是穩定的，然而其基態核素鉭-180（）的半衰期僅約8小時。同樣的例子還有錸-186m（）、銥-192m2（）、鉍-210m（）、釙-212m（）、鋂-242m1（）和多種鈥的核同质异能素等。
核同质异能素之所以能比一般的激發態原子核存续更长的时间，通常是因为从亚稳态进行γ衰变需要的核自旋改变量较大，使得其发生极为困难甚至是不可能，例如医疗中常用的鎝-99m（）自旋为1/2+，其基态（）自旋为9/2+，衰变时会放出能量为140keV的γ射线（与医疗用X射线差不多），半衰期約6.01小时。
另外，激发态的激发能量的高低也会关系到衰变速率，当激发能量很低的时候衰变同样会变慢。釷-229m（）是目前发现的激发能量最低的核同质异能素，仅有8.28 ± 0.17 eV。的自旋为−9，而其基态的自旋为1+，同时其激发能量也非常低（77keV），所以γ衰变和β衰变都几乎不可能發生，导致其半衰期极长。
衰变过程
同质异能跃迁
如同一般的激發態原子核，核同质异能素也會以γ射線的形式放出能量並衰變為較低的核能態。核同质异能素的γ衰变也被称为同质异能跃迁、-{zh-cn:异构物跃迁;zh-tw:同質異能躍遷}-、異構素躍遷、核異構躍遷或同質異能遞移（，IT），分為以下兩種類型：
- 純γ發射：原子核放出γ射線（高能光子）
- ：原子核將能量轉移給核外電子，使之电离、放出
只有在原子的内层的电子才能参与内转换，这些电子的运动轨迹可能会穿过原子核，在电子靠近的过程中，二者间会产生极强的电场力，导致核子的重新排布和电子飞出。
某些情况下，通过γ衰变产生的光子会直接命中原子核外的电子，并使其获得足以脱离原子核束缚的能量而电离（此即光电效应）。注意不要将内转换和光电效应混淆，内转换的过程中没有光子这一中间产物。
其他衰变途径
除了以同质异能跃迁的方式衰變回基態外，有些核同质异能素也可能以其他衰變途徑衰變成其他元素，比如鎦-177m3（）有78.3%的機率直接通过半衰期为160.4天的β衰变变成鉿-177（，过程中伴随着γ衰变），或者有21.7%的機率先通过半衰期为160.4天的同质异能跃迁变成基態鎦-177（），然后再通过一个半衰期为6.68天的β衰变变成。。
应用
铪的核同质异能素（主要為）可能可以被诱导产生极强的γ射线，因此或许可以被用于規避不扩散核武器条约的限制。美国國防高等研究計劃署曾经有对这一应用做过调研。
不过，截至2004年，只有被成功地诱导衰变，并且诱导所需要的X射线的能量超过了衰变所放出的能量
锝的核同质异能素（半衰期6.01小时）和（半衰期61天）在医疗和工业领域中有所应用。
核电池
核电池会使用极微量的高能量放射性核素。有一种设计是把放射性材料放在PN结上，材料产生的电离辐射便会在结中产生电子空穴。核同质异能素可以用于替代这些放射材料，并且随着科技发展，我们將有能力控制使用核同质异能素的核电池的开关。目前的候选核素包括、、和。比如自然衰变时会放出2.45MeV的能量，也就是说1g的内含有的能量相当于315kg的TNT，而且它可以以很高的功率输出能量（1018W）。目前正在研究以其他种类的核同质异能素来诱导衰变的方法。
參考文獻
外部連結
*[http://www.utdallas.edu/research/quantum/ Research group which presented initial claims of hafnium nuclear isomer de-excitation control.] – The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.
- [http://www.fas.org/irp/agency/dod/jason/he.pdf report on high energy nuclear materials] mentioned in the Washington Post story above
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*[https://web.archive.org/web/20070316182840/http://www.hafniumisomer.org/Hafnium_isomer_triggering.htm Confidence for Hafnium Isomer Triggering in 2006.] – The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.
*[https://web.archive.org/web/20070928081412/http://www.hafniumisomer.org/isomer/isomerPubl.htm Reprints of articles about nuclear isomers in peer reviewed journals.] – The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.
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