Atomkjarni
Nánast allur massi atóms er þjappaður í kjarna sem er aðeins nokkrir femtómetrar að stærð. Kjarninn inniheldur róteindir og nifteindir, saman nefndar kjarnagnir, og hegðun hans mótast af kjarnakrafti, rafhrindingu og skammtaáhrifum.
Kjarnatákn heldur bókhaldinu skýru
Í ⁽ᴬ⁾₍Z₎X er Z fjöldi róteinda, A heildarfjöldi kjarnagna og N=A−Z fjöldi nifteinda. Breyting á Z breytir frumefni en breyting á N við sama Z gefur samsætu.
A og Z eru talningar, ekki massar í kílógrömmum. Rafhleðsla kjarnans er +Ze.
Kjarnar hafa einkennandi stærðarkvarða
Mælingar gefa nálgunina R≈r₀A¹ᐟ³ með r₀≈1,2 fm. Þar sem rúmmál er hlutfallslegt R³ verður efnismassi kjarna á rúmmálseiningu nokkurn veginn svipaður fyrir marga kjarna.
Ef A áttfaldast tvöfaldast R. Kjarninn er samt gríðarlega minni en rafeindaskýið sem ræður stærð atómsins.
Massagalli er orka í bindingu
Bundinn kjarni hefur minni massa en summa sömu frjálsu róteinda og nifteinda. Munurinn Δm samsvarar bindiorkunni B=Δmc².
Bindiorka er orkan sem þarf til að taka kjarnann alveg í sundur í frjálsar kjarnagnir. Massagalli er því orkureikningur, ekki efni sem hefur horfið.
Stöðugleiki ræðst af fleiri þáttum en einni tölu
Hlutfall nifteinda og róteinda, skelbygging, pörun og Coulomb-hrinding milli róteinda hafa áhrif á hvaða kjarnar eru stöðugir.
Stór B/A tryggir ekki að kjarninn sé geislavirkilega stöðugur. Hugsanleg lægri orkuástand og skammtafræðilegar leyfilegar rofleiðir skipta einnig máli.
Leyst dæmi
1. Úran-238
Z=92. Hve margar nifteindir?
Lausn
N=238−92=146.
2. Kjarnageisli
A verður átta sinnum stærra.
Lausn
R verður 8¹ᐟ³=2 sinnum stærra.
3. Massagalli
Δm=0,010 u.
Lausn
B≈0,010×931,5=9,32 MeV.
Við nákvæma massareikninga þarf að aðgreina massatöluna A, mældan atómmassa og massa berra kjarna. Ef atómmassar eru notaðir þarf að halda rafeindamassa og rafeindabindiorku samkvæmri á báðum hliðum. Massatala lýsir samsetningu en massagalli gefur upplýsingar um orkuna sem tengist bindingunni.
Kjarnareikningar eru viðkvæmir fyrir skilgreiningum og því hvaða eindir tilheyra upphafs- og lokaástandi. Massatalan A er heiltala sem telur kjarnagnir en töflugildi atómmassa er mældur massi sem inniheldur líka rafeindir. Því má ekki blanda atómmassa og massa berra kjarna án leiðréttingar. Öruggast er að skrifa alla umbreytinguna fyrst, athuga A, Z og rafhleðslu og gera síðan massa- og orkureikning. Jákvætt Q-gildi segir að lokaástand sé orkulega mögulegt en segir ekki eitt og sér hversu hratt ferlið gerist. Skammtagöng, veika víxlverkunin, rafsegulvalreglur og tiltæk örvunarástand ráða líkum. Mælda geislun og helmingunartíma þarf því að túlka með varðveislulögmálum, ekki í stað þeirra.