引入
为什么同样是碳元素，有些会用于考古断代，有些用于核能？为什么氢元素可以制造氢弹？这些问题的关键在于原子核的差异。化学元素只告诉我们质子数，但相同元素的原子核可以有不同的中子数和能量状态，这就是核素概念的由来。
正文
定义
核素是具有特定质子数、中子数、核能态，且其平均寿命长得足以能被观测的一类原子。
核素是比”元素”更精确的描述。元素只区分质子数，而核素还要区分中子数和核能态。
符号表示
核素使用 表示，其中：
- 表示质量数（质子数和中子数之和）
- 表示质子数（也称原子序数）
- 表示元素符号
例如： 表示碳-14，有 6 个质子、8 个中子。
同位素
定义
同位素是指同一化学元素的不同核素，它们具有相同的质子数 ，但中子数不同。
同位素的化学性质几乎相同（因为质子数相同），但物理性质和核性质可能差异很大。
稳定性分类
| 类型 | 特点 | 例子 |
|---|---|---|
| 稳定同位素 | 不发生放射性衰变 | 、 |
| 放射性同位素 | 会自发衰变，释放射线 | 、 |
应用
断代法
碳-14 是放射性同位素，半衰期约 5730 年。
原理：
- 生物活着时，体内 与 的比例保持恒定（通过呼吸、进食与大气交换）
- 生物死亡后， 不再补充，只会衰变减少
- 测量化石中 的剩余量，根据衰变公式可推算死亡时间
其中 是衰变常数， 是半衰期。
这种方法可用于测定约 5 万年以内的有机物年代，在考古学、地质学中广泛应用。
核能应用
核裂变：
- 和 都是铀的同位素，但只有 容易发生链式裂变反应
- 核反应堆和原子弹利用 的裂变释放能量
核聚变：
- 氢的同位素氘 和氚 可以发生聚变反应
- 氢弹利用氘氚聚变释放巨大能量：
医学和工业应用
放射性同位素还可用于：
- 医学诊断和治疗（如 治疗甲状腺疾病）
- 工业探伤和测厚
- 示踪研究（跟踪化学反应路径）
引出
核素概念引出的后续问题：