Атомско језгро
Готово сва маса атома концентрисана је у језгру димензије свега неколико фемтометара. Језгро садржи протоне и неутроне, нуклеоне, а његову структуру одређују краткодометна нуклеарна интеракција, електрично одбијање и квантни ефекти.
Нуклидна ознака раздваја бројеве
У ⁽ᴬ⁾₍Z₎X, Z је број протона, A укупан број нуклеона, а N=A−Z број неутрона. Промена Z мења елемент; промена N при истом Z даје изотоп.
A и Z су бројања, а не масе у килограмима. Наелектрисање језгра је +Ze.
Величина језгра прати A на кубни корен
Емпиријски R≈r₀A¹ᐟ³ са r₀≈1,2 fm. Пошто запремина расте као R³, густина нуклеарне материје је приближно слична за многа језгра.
Ако A порасте осам пута, R се удвостручује. Језгро је и даље изузетно мало у односу на атомски електронски облак.
Дефект масе је енергија везивања
Маса везаног језгра мања је од збира маса истих слободних протона и неутрона. Разлика Δm даје B=Δmc².
То је енергија потребна да се језгро растави на слободне нуклеоне; маса није „нестала“, већ је део енергетског биланса.
Стабилност није одређена једном величином
Однос N/Z, љуске, упаривање и Кулоново одбијање протона утичу на стабилност.
Велико B/A само по себи не гарантује да језгро неће бити радиоактивно; важне су и дозвољене путање ка нижој енергији.
Решени примери
1. Уранијум-238
Z=92. Колико има неутрона?
Решење
N=238−92=146.
2. Полупречник
A постане осам пута веће.
Решење
R постаје 2 пута веће.
3. Дефект масе
Δm=0,010 u.
Решење
B≈9,32 MeV.
У прецизним масеним прорачунима треба разликовати масени број A, измерену атомску масу и масу голог језгра. Ако се користе атомске масе, електронске масе и енергије везе електрона морају бити третиране доследно. Масени број описује састав, док дефект масе носи информацију о енергетици везивања.
Нуклеарни прорачуни су осетљиви на дефиниције и на то које честице припадају почетном и крајњем стању. Масени број A је цео број нуклеона, док табеларна атомска маса обухвата и електроне. Зато атомске и нуклеарне масе не треба мешати без корекције. Најсигурнији поступак је прво написати целу реакцију или прелаз, проверити A, Z и електрични набој, а тек онда правити масени и енергетски биланс. Позитивна Q-вредност показује да је крајње стање енергетски доступно, али сама не одређује брзину. Тунеловање, слаба интеракција, електромагнетна правила избора и доступна побуђена стања одређују вероватноћу. Мерено зрачење и полуживот зато се тумаче заједно са законима очувања, а не уместо њих.
Корисна је и независна провера реда величине. MeV енергије, очување A и Z и знак Q-вредности треба да подрже исту физичку слику. Ако бројчани резултат даје погрешан елемент, нарушен биланс наелектрисања или енергију без одговарајуће масене разлике, много је вероватнија грешка у књиговодству него нов физички ефекат. Оваква провера је посебно важна када у крајњем стању учествује више честица или побуђених нивоа.