Nuclide

核素是由原子核中质子和中子的特定数量及其核能态定义的一类原子。该术语由美国物理学家Truman P.

核素的概念与同位素不同。同位素指同一元素（质子数相同）中中子数不同的原子，而核素这一术语的创立旨在关注核性质而非化学行为。例如，碳-13（⁶¹³C）有6个质子和7个中子。尽管“同位素”在核技术和医学等领域仍常用，但讨论核特性时，“核素”是更精确的术语。在核物理学中，中子数与质子数同等重要——这与化学不同，化学中中子数影响甚微（氢和氦除外）。对于氢，同位素效应足以影响生物系统。对于氦，⁴₂He遵循玻色-爱因斯坦统计，而³₂He遵循费米-狄拉克统计，导致低温物理性质存在显著差异。

尽管常被混用，“核素”和“同位素”描述的是不同关系。同位素是质子数相同（同一元素）但中子数不同的核素。同量异位素是质量数相同但原子序数不同的核素。同中子异位素是中子数相同但质子数不同的核素。等过剩中子核素具有相同的中子过剩量（N − Z）。“同中子异位素”一词仿照“同位素”而造，以强调恒定特征为中子数。核同质异能素是一种特殊情况：它们是质子数和质量数相同（因此为同一同位素）但激发态不同的核素。例如，锝-99m和锝-99是同一同位素的两种不同核素。寿命最长的核同质异能素是钽-180m，半衰期超过10¹⁷年；它天然存在，且从未被观察到衰变至基态。相比之下，基态钽-180的半衰期约为8小时。

自然界中有251种核素从未被观察到衰变，存在于80种至少有一种稳定同位素的元素中。不稳定的核素具有放射性，称为放射性核素；其衰变产物为放射成因核素。

天然存在的放射性核素分为三类。第一类是原生放射性核素，其半衰期足够长，能自地球形成（约46亿年前）以来存续至今，起源于太阳系形成前的恒星核合成。例如，铀-238（半衰期44.63亿年）仍很常见，而铀-235（半衰期7.04亿年）现在稀有138倍。已知有35种此类原生放射性核素。第二类是放射成因核素，如镭-226（半衰期1600年），通过原生铀或钍衰变链中的放射性衰变形成。其中一些（如钫的同位素）寿命极短；约有50种子体核素仅通过长寿命原生母体的衰变而存在。第三类是由天然核反应（而非简单自发衰变）产生的核素。这些核素产生于原子与天然中子（来自宇宙射线、自发裂变或其他来源）相互作用，或直接受到宇宙射线轰击。来自宇宙射线的称为宇宙成因核素；其他来自天然核反应的称为核生成核素。自发裂变产物种类繁多，但在地质时间尺度上会迅速衰变为原生核素或七种长寿命裂变产物之一，因此这些产物在自然界中存在。