Question

同位素的基本概念

Answer 1

元素的原子核（核素）是由一定数目的质子和中子所组成。凡是原子核内质子数相同而中子数不同的原子，因为它们具有基本相同的化学性质并在元素周期表上占有同一位置，故称为同位素。通常用式子

表示同位素，其中X代表元素的符号；下角码Z为原子序数；A为原子质量数，它等于质子（p）和中子（n）的总数（A=p+n）。例如氢加同位素氕、氘、氚的原子核组成分别表示为：

左下角数字除了表示原子序数外，还表示原子核里的质子数。中子数目为（A-Z）。因

原子序数相同，而原子质量数不同，所以氢元素为同位素（表5-1）。

表5-1　氢的同位素

按同位素产生的条件可分为天然同位素和人工同位素。天然同位素系指宇宙起源的原子核的同位素，如T、D、¹⁴C、¹⁸O等。人工同位素是通过核反应方法人为制造出的同位素，如人工氚（T）、⁶⁰Co等。

按同位素原子核结构的稳定性又可分为稳定同位素和非稳定同位素（放射性同位素）。稳定同位素是指原子核不能自发地发生改变的同位素，而非稳定同位素则与此相反，即使不受外在原因的作用，核的结构也能自发地发生变化，转变为另一种元素的同位素。在变化过程中，它从原子核内放出粒子或射线衰变后，最后转为稳定同位素。

环境同位素包括自然环境中原来存在的同位素和在各种人工核反应过程中，进入自然环境的人工同位素。目前，自然界已发现有92种元素，其同位素大约有1000种以上，但是在水文地质工作中，最常用的是轻元素的同位素，主要有：氢同位素（¹H,²H,³H）、氧同位素（¹⁶0,¹⁸0）、碳同位素（¹²C,¹³C,¹⁴C）、氮同位素（¹⁴N,¹⁵N）和硫同位素（³²S,³⁴S）等。氢、氧是组成水的元素，而碳、硫、氮是地下水中的常见元素。研究这些元素的同位素对查明地下水的成因等都有重要意义。近年来，某些重元素的同位素也受到人们的重视，如铀、镭、钍、锶等。限于篇幅，我们这里只介绍氢、氧、碳同位素。