为什么同位素不稳定？

Question

为什么离开稳定的质子中子组合越远的同位素原子核越不稳定？
而且以无法想象的速度指数递减衰变寿命。知道原因的请指教。

为什么常见的质子中子组合的同位素原子核能稳定的存在无数亿
亿年，是什么原因导致他们如此长寿，长生不老的秘密是什么？

回答请尽量界于30-1000字，杜绝粘贴，欢迎加图片和连接说明。

Answer 1

简单的说，是能量！自然界普遍存在的真理之一：能量最低原理！

一个系统要稳定，那么它的能量越低，它体现得就越稳定。这个原理的证明显而易见，我们可以举例说明：

宏观：处在1楼的花盆和放在6楼的花盆谁更稳定？6楼的势能比1楼高，6楼的不稳定，它有一个坠落的趋势(虽然不一定就要坠落，但可以类比为原子核的半衰期，可想而知，摆在6楼的花盆寿命从统计角度说，它的寿命更短！)，人们也通常喜欢把6楼的花盆尽量往护栏里边移，同理，也会杜绝小朋友去爬栏杆……

微观：说说氢原子模型，激发态的原子都有发射光子释放能量回到基态的趋势，而且实验上也能观测到这些发射光谱！

再从原子核角度来说：一般来讲，原子核不稳定，从不稳定到稳定的方法就是降低自身能量，最直接的体现就是γ衰变，发射γ光子或激发俄歇电子(把核的激发能直接传递给核外电子，使之电离！然后外层电子回落发射x射线或继续激发俄歇电子导致空穴串级之后库仑爆炸释放对于的能量。)

除了γ衰变，还有就是α衰变、β衰变或着自然裂变，更有甚者出射C-12原子核、O-16原子核等(这种情况可以类比α衰变。)

α衰变和自发裂变，这是原子核内库仑斥力积聚到一定程度，库仑势能很高(类比6楼上的花盆，只不过花盆是重力势能大。)，这时，由于形成因子作用，一些核子相互“抱紧”成团，排斥另一些核子，这就是裂变的成因。在裂变中，最常见的是2个质子和2个中子抱在一起，最后发射出α粒子，核物理上把这类特殊的裂变称之为α衰变；此类型中发射中子的也不少，比如(锎)Cf-252。

β衰变，β衰变有3种，发射电子e的是β-衰变，发射正电子ē的是β+衰变，还有就是轨道俘获，直接从核外抓一个电子到原子核里。

原子核的能量可以用液滴模型去近似：原子核的能量分为体积能、表面能、库仑能、对称能、对能；前三者是直接复制液滴模型的能量成因，后两着则是根据原子核中中子和质子相互彼此喜欢成对出现而定义出的能量，所以，一般奇奇核最不稳定(质子和中子的个数都是奇数)、偶偶核是最稳定的，比如α粒子、C-12、O-16等，这些都是原子核的幻数(相当于原子物理中的2、8、18、32……)

原子核的半衰期除了与自身能量有关外，还有就是裂(衰)变势垒，它们自身的能量决定了势阱的深度，而在衰变的时候都要翻过一个势垒，势垒越高，越难翻过，半衰期越长！

α衰变、β衰变之后的原子核一般也还处在激发态，所以这两种衰变也常伴随有γ衰变，自身能级不同，也是影响得到半衰期的，比如Co-60，Co-60的半衰期就有两个，一个只有10几分钟，一个却有5年多，主要原因就是两种不同的Co-60核的能量不同；同样的还有Tc-99，医用的高锝酸钠中，锝的半衰期6个多小时，但还有一种锝-99，它的半衰期就要长得多……这在核物理上被命名为同质异能素。

当然，钴和锝是自身能级不同所引起的半衰期不同；除此之外，还有一种是由于势垒的多少而引起的半衰期不同，主要发生在92～100号元素之间，比如Am-241的裂变半衰期就有两个，主要是因为它有双峰势垒！双峰势垒是两个“坎”，核裂变的时候要爬两次“坡”，当然，有的核如果早就处在爬过了一个“坡”的情况，那么，它就只需要爬1个坡，半衰期就要比爬两个坡的短得多！双峰势垒在92号超铀元素中最常见，到了100号fm以后，也是有双峰势垒的，只是这时候它们的第二个垒高比第一个垒高矮一些，并且随着原子序数增加，相差越来越大，直到完全可以忽略掉第二个垒！在100号元素以后的原子核，裂变半衰期又趋于只有1个了……

【antano333】说的是完全错误的！他说的是诱发裂变，是类似于反应堆中热中子轰击铀235所导致的裂变，这，从学术上说，和衰变的原因相去甚远！且“放射性电子”的提法，估计你翻遍所有的核物理教材都不会看到！

【mysosy】阐述了核力的几个基本特征，但推导出的结论却有失偏颇，并不是中子多就不稳定，这里边存在一个“度”的问题。丰中子核素当然不稳定，但是为了平衡质子的库仑斥力，核中的中子却不能太少！这就是“对称能”的管辖范围……

Answer 2

多是因为同位素进行β衰变,核内一个中子放出电子(β射线)和形成一质子,变成原子序数增加1的新元素.

Answer 3

说明他们一定有严密的排列组合。

Answer 4

那些离开稳定组合越远的同位素，其结合能（就是把核内质子、中子分开来所需要的能量）比较低，只需要一点能量就可以把核素分开。
而越稳定的同位素，其结合能就越高，需要更多的能量才能把核分开

Answer 5

同位素在核力上存在不稳定力态结构，只要收到轻微微小撞击（如放射性电子抨击）便能使得这种“不稳定”被“放大”，最终导致质子（中子）分离，尔后碰撞其他核，引起连锁反应。也就是衰变。

一般来说，质子数为偶数的元素，可有较多的稳定同位素，而且通常不少于3个，而质子数为奇数的元素，一般只有一个稳定核素，其稳定同位素从不会多于两个。

参考资料：http://baike.baidu.com/view/22208.htm