Атомно ядро
Почти цялата маса на атома е концентрирана в ядро с размер само няколко фемтометра. Ядрото съдържа протони и неутрони — нуклони — и структурата му отразява конкуренцията между късодействащото ядрено взаимодействие, електричното отблъскване и квантовите ефекти.
Нуклидната нотация разделя броевете
В ⁽ᴬ⁾₍Z₎X Z е броят протони, A е общият брой нуклони, а N=A−Z е броят неутрони. Промяна на Z сменя елемента, а промяна на N при същото Z дава изотоп.
A и Z са броеве, не маси в килограми. Зарядът на ядрото е +Ze.
Размерът на ядрото расте като кубичен корен от A
Емпирично R≈r₀A¹ᐟ³, r₀≈1,2 fm. Понеже обемът е пропорционален на R³, плътността на ядреното вещество е приблизително сходна за много ядра.
Ако A нарасне осем пъти, R се удвоява. Ядрото остава изключително малко спрямо електронния облак.
Масовият дефект е свързваща енергия
Масата на свързаното ядро е по-малка от сумата на масите на свободните му протони и неутрони. Разликата Δm дава B=Δmc².
Това е енергията, нужна за пълното разпадане на ядрото на свободни нуклони; масата не е „изчезнала“, а участва в енергийния баланс.
Стабилността не се определя от едно число
Съотношението N/Z, ядрените обвивки, сдвояването и Кулоновото отблъскване влияят на стабилността.
Голямо B/A само по себе си не гарантира радиоактивна стабилност; важни са и достъпните квантово разрешени преходи към по-ниска енергия.
Решени примери
1. Уран-238
Z=92. Намерете N.
Решение
N=238−92=146.
2. Радиус
A става осем пъти по-голямо.
Решение
R става 2 пъти по-голям.
3. Масов дефект
Δm=0,010 u.
Решение
B≈9,32 MeV.
При точни масови сметки трябва да се различават масовото число A, измерената атомна маса и масата на голото ядро. Ако се използват атомни маси, електронните маси трябва да се балансират последователно. Масовото число описва състава, докато масовият дефект описва енергийния ефект на свързването.
Ядрените изчисления са чувствителни към определенията и към това кои частици принадлежат на началното и крайното състояние. Масовото число A е цяло число, което брои нуклоните, докато табличната атомна маса е измерена маса, включваща и електрони. Затова атомни и ядрени маси не трябва да се смесват без корекция. Най-сигурно е първо да се запише цялата реакция или преход, да се проверят A, Z и електричният заряд и едва после да се прави масов и енергиен баланс. Положителната Q-стойност показва, че крайното състояние е енергийно достъпно, но сама не определя скоростта. Тунелиране, слабо взаимодействие, електромагнитни правила за преход и достъпни възбудени нива определят вероятностите. Измереното лъчение и периодът на полуразпад се тълкуват заедно със законите за запазване, не вместо тях.