核同质异能素（英語：Nuclear isomer），亦稱同质异能素、同核异构体、同核异构物、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衰變或內轉換（英语：Internal conversion））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”（英語：Metastability）。[1]“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。[2]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[3]，并在核素的质量数后附上“m”作为标记，如鎝-99m（99m Tc ）、鈷-60m（60m Co ）等。[1]若某原子存在多个亚稳态时，則使用m1、m2、m3等，按照激发能量从低到高进行标记，如鈷-58m1（58m1 Co ）、鉿-177m2（177m2 Hf ）。由裂变过程产生的异构体，则将标记“m”换作“f”，如钚-240f（240f Pu ）。
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（180m1 Ta ）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（180m1 Ta ）在觀測上是穩定的，然而其基態核素鉭-180（180 Ta ）的半衰期僅約8小時。同樣的例子還有錸-186m（186m Re ）、銥-192m2（192m2 Ir ）、鉍-210m（210m Bi ）、釙-212m（212m Po ）、鋂-242m1（180m1 Ta ）和多種鈥的核同质异能素等。
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（229m Th ）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。[5]180m1 Ta 的自旋为−9，而其基态180 Ta 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。
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（177m3 Lu ）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（177 Hf ，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（177 Lu ），然后再通过一个半衰期为6.68天的β衰变变成177 Hf 。[8]錫-121m1（121m1 Sn ）則有22.4%的機率直接通过半衰期为43.9年的β衰变变成銻-121（121 Sb ），或者有77.6%的機率先通过半衰期为43.9年的同质异能跃迁变成基態錫-121（121 Sn ），然后再通过一个半衰期为27.03小時的β衰变变成121 Sb 。此外鈮還有多種核同质异能素只會通過β衰變變成鋯的同位素，而不會發生同质异能跃迁回到基態。
裂变同质异能素
除了由于核子的激发造成的同质异能情况外，还有一种由于原子核结构造成的同质异能。比如，很多锕系元素在基态下，原子核并不是球形的，而是類球面结构，其中最常见的是类似于橄榄球的长球面，不过更接近球形。在这种情况下，按照量子力学，核子的可能分布中会出现较长的长球面分布（和橄榄球差不多），这种分布模式会严重阻碍原子核向基态衰变，而倾向于发生自發分裂。通常其裂变半衰期只有几纳秒到几毫秒，但是相对一个激发态原子核通常能存在的極短时间来说，已经很长了。这种同质异能素稱作裂变同质异能素（英語：fission isomer）或形状同质异能素（英語：shape isomer），通常以“f”附加在质量数后表示，以区别核子激发造成的同质异能，例如钚-240，可表示為钚-240f（240f Pu ）[9]。
^D. Belic; et al. Photoactivation of 180Tam and Its Implications for the Nucleosynthesis of Nature's Rarest Naturally Occurring Isotope. Phys. Rev. Lett. 1999, 83 (25): 5242. Bibcode:1999PhRvL..83.5242B. doi:10.1103/PhysRevLett.83.5242. 引文格式1维护：显式使用等标签 (link)
