Nucleul atomic

Nucelul atomic este format din nucleoni, adică din protoni și neutroni. Protonii au sarcină electrică pozitivă egală cu unitatea de sarcină electrică și masa egală cu aproximativ 1,0073u, iar neutronii sunt neutri din punct de vedere electric și au masa de aproximativ 1,0087u.

Numărul de protoni se notează cu Z - număr de ordine, iar numărul de nucleoni cu A - număr de masă.

Izotopii sun nuclee cu același număr de protoni:

$U_{92}^{235 }și U_{92}^{238 }$

Izobarii sunt nuclee cu același număr de nucleoni:

$M{g}_{12}^{27 }și A{l}_{13}^{27 }$

Izotonii sunt nuclee cu același număr de neutroni.

Distribuția nucleonilor în nucleu are simetrie sferică și este uniformă. Volumul nucleului este proporțional cu numărul de masă. Raza și densitatea nucleului au valorile:

$$\begin{gathered} R=R_0{A}^{\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$3$}\right.}, unde R_0=1,45·{10}^{-15}m \\ \rho =1,5·{10}^{1}7\frac{kg}{m^3} \end{gathered}$$

Forța nucleară

Forța nucleară are următoarele propietăți:

• este mult mai puternică decât forța electrostatică;
• are caracter de saturație, adică acționează doar pe distanțe mici;
• nu depinde de sarcina electrică;
• este o forță de schimb, este intermediată de câmpul nuclear mezonic;

Defectul de masă

Masa nucleului este mai mică decât masa nucleonilor, această diferență de masă numindu-se defect de masă.

$\Delta m=Z{m}_p+\left(A-Z\right)m_n-M_N>0$

Diferența dintre masa nucleonilor și masa nucleului se regăsește în energia ce caracterizează intereacțiunea dintre nucleoni.

Modelul picătură de lichid

Din analiza proprietăților forțelor nucleare rezultă că nucleul se comportă mai degrabă ca o picătură de lichid:

• are o structură izotropă și uniformă;
• este incompresibil;
• la suprafața nucleului apar forțe superficiale;
• modelul picătură de lichid descrie bine fisiunea nucleară și radiațiile neutronice;
• nu explică structura și stabilitatea nucleului și nici radiațiile β și γ;

​Modelul în pături

​Modelul în pături a apărut pornind de la faptul că nucleonii sunt fermioni și trebuie să respecte principiul de excluziune Pauli:

• nucleonii sunt caracterizați de numere cuantice;
• în nucleu există o structură în pături și subpături;
• fiecare substrat este compus din doi protoni cu spin antiparalel și doi neutroni cu spin antiparalel;
• explică momentul cinetic total;
• explică numerele magice, dezintegrările α, β și γ;
• nu explică fisiunea.

Energia de legătură

Energia de legătură a unui nucleu izolat în repaus este energia necesară pentru a descompune nucleul în nucleonii componenți  izolați și în repaus.

$E_{leg}=\Delta m{c}^2=\left[Z{m}_H+\left(A-Z\right)m_n-M_A\right]u{c}^2, unde 1u{c}^2=931,5Mev$

Dacă energia de legătură este pozitivă, atunci nucleul este stabil.

Energia de legătură pe nucleon

Energia de legătură pe nucleon reprezintă raportul dintre energia de legătură a nucleului și numărul său de masă. Energia de legătură pe nucleon reflectă stabilitatea nucleului.

$\epsilon =\frac{E_{leg}\left(A,Z\right)}{A}$

Reprezentând grafic energia de legătură pe nucleon în funcție de numărul de masă se obține:

Pentru nucleele usoare avem puncte de stabilitate pentru nucleele dublu magice (heliu, carbon, oxigen). Pentru nucleele medii avem un platou de stabilitate. Pentru nucleele grele avem o scădere usoară a stabilității.

Procesele care duc la creșterea stabilității nucleelor atomice:

• fuziunea nucleară constă în unirea a două nuclee ușoare pentru a forma un nucleu mai stabil;
• fisiunea nucleară constă în fracționarea unui nucleu greu în două nuclee mai stabile;
• dezintegrarea α constă în emisia de către un nucleu greu a unui nucleu de heliu;