Устойчивость атомных ядер

Наибольшая устойчивость для легких ядер достигается тогда, когда они состоят из одинакового числа протонов и нейтронов. Для более тяжелых ядер максимальная устойчивость достигается небольшим избытком нейтронов – сказывается кулоновское отталкивание положительно заряженных протонов.

Недостаток нейтронов в легких ядрах приводит к бета-плюс-распаду, электронному захвату, протонной и двупротонной радиоактивности (первая характерна для ядер с нечетными зарядами, вторая – для ядер с четными). Для нейтронодефицитных ядер с зарядом, большим 70, более существенным становится альфа-распад. В области наиболее тяжелых ядер с альфа-распадом начинает конкурировать спонтанное деление, скорость которого при данном числе нейтронов чрезвычайно быстро возрастает с увеличением числа протонов. Как видно из многих опытов, граница, обусловленная спонтанным делением, прорезана узким перешейком – там оболочечная теория ядра допускает существование относительно стабильных сверхтяжелых ядер – например, с числом нейтронов, равным 184, и числом протонов, равным 114 или 126.

Что касается нейтроноизбыточных изотопов, то для них преобладает бета-минус-распад, а границы существования определяются постепенным уменьшением – вплоть до нуля – энергии связи нейтрона при возрастании числа нейтронов для данного числа протонов.

Учет всех возможных вариантов ядерной нестабильности при использовании различных формул для масс атомных ядер и для скорости радиоактивного распада (в том числе и скорости спонтанного деления) позволяет очертить границы изображенной на диаграмме области существования (в радиоактивных масштабах времени, то есть не менее 10^-12 секунд) ядер.

Изото́пы (от греч. ισος — «равный», «одинаковый», и τόπος — «место») — разновидности атомов (и ядер) одного химического элемента с разным количеством нейтронов в ядре. Название связано с тем, что изотопы находятся в одном и том же месте (в одной клетке) таблицы Менделеева. Химические свойства атома зависят практически только от строения электронной оболочки, которая, в свою очередь, определяется в основном зарядом ядра Z (то есть количеством протонов в нём) и почти не зависит от его массового числа A (то есть суммарного числа протонов Z и нейтронов N). Все изотопы одного элемента имеют одинаковый заряд ядра, отличаясь лишь числом нейтронов. Обычно изотоп обозначается символом химического элемента, к которому он относится, с добавлением верхнего левого индекса, означающего массовое число (например, ¹²C, ²²²Rn). Можно также написать название элемента с добавлением через дефис массового числа (например, углерод-12, радон-222). Некоторые изотопы имеют традиционные собственные названия (например, дейтерий, актинон).

Пример изотопов:

Считается, что изотопный состав элементов на Земле одинаков во всех материалах. Некоторые физические процессы в природе приводят к нарушению изотопного состава элементов (природное фракционирование изотопов, характерное для лёгких элементов, а также изотопные сдвиги при распаде природных долгоживущих изотопов). Постепенное накопление в минералах ядер — продуктов распада некоторых долгоживущих нуклидов используется в ядерной геохронологии.