Характеристика атомного ядра

Масса протона m_p = 938,2 МэВ (в ядерной физике принято выражать массы в единицах энергии, умножая их для этого на с²).

Масса электрона m_е = 0,511 МэВ. Масса нейтрона m_n = 939,5 МэВ. Спин этих частиц равен ½.

В свободном состоянии нейтрон нестабилен (радиоактивен). Он самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская электрон (е^-) и еще одну частицу, называемую антинейтрино ν 

n → p + e^- + ν 

Масса покоя ν = 0. Масса нейтрона > массы протона на 2,5 m_е. Разность энергий, связанная с разностью масс частиц в левой и правой частях уравнения, выделяется при распаде нейтрона в виде кинетической энергии образующихся частиц.

Большинство химических элементов имеет по несколько разновидностей изотопов, отличающихся значениями массового числа А.

Так, например, водород имеет 3 изотопа

₁Н¹ – обычный водород, или протий (Z=1, N=0);

₁Н² – тяжелый водород, или дейтерий (Z=1, N=1);

₁Н³ – тритий (Z=1, N=2).

У изотопов ядра имеют одинаковое число протонов Z. Ядра с одинаковым массовым числом А называются изобарами (₁₈Аr⁴⁰, ₂₀Ga⁴⁰). Ядра с одинаковым числом нейтронов N = A – Z называются изотопами (₆С¹³, ₇N¹⁴). Существуют радиоактивные ядра с одинаковыми Z и А, отличающиеся периодом полураспада. Они называются изомерами.

Радиус ядра определяется формулой

r = 1,3 · 10^-13 A^1/3 см = 1,3 A^1/3 ферми (10^{-15 м})

(1 ферми = 10^{-13 см). Объем ядра ~ числу нуклонов в ядре.}

В настоящее время известно около 1500 ядер, различных Z либо А, либо и тем и другим. Около ¼ этих ядер устойчивы, остальные радиоактивны. Для устойчивых ядер характерно определенное отношение числа нейтронов N к числу протонов Z. У легких ядер оно близко к 1. С увеличением числа нуклонов в ядре N/Z растет, достигая для урана значения 1,6.