核の安定性

原子核は原子の質量の大部分を含んでおり、原子全体に比べて小さいです。平均核密度は、最も密度の高い元素であるオスミウムの密度の9兆倍です。

地球は、原子核の密度があれば3万倍小さくなります。なぜ原子核はこんなに高密度なのでしょうか?

核子は、近距離の強力な核力によって一緒に保持されています。陽子-陽子反発力と核子-核子引力のバランスが、原子核の安定性を決定します。陽子-陽子反発力が引力核力を上回ると、原子核は崩壊します。

陽子と中性子の数で核種をプロットすると、安定な原子核が青色で示された中央領域を占めており、これは安定のベルトまたは谷と呼ばれていることがわかります。

炭素12のように、中性子対陽子比が1の軽い核種は、優れた安定性を享受しています。原子番号が20を超えると、陽子-陽子反発を相殺するためにより多くの中性子が必要になります。

中性子は核力によって互いに引き付けられますが、中性子の間には反発的な相互作用はありません。したがって、中性子の数が増えると、核力が大幅に強化されます。すべての安定な重い核種は、中性子対陽子比が1より大きい

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中性子と陽子の比率が高い放射性核種は、通常、中性子を陽子に変換するベータマイナス崩壊を受けます。したがって、中性子対陽子比は減少し、チャート上の安定ベルトに近い娘核種が生成されます。

中性子対陽子比が低い放射性核種は、陽電子を放出するか、電子捕獲を受けて陽子を中性子に変換し、それによって安定帯に近づきます。

興味深いことに、軌道に存在する電子対と同様に、原子核では陽子-陽子対、中性子-中性子対が観測されます。陽子と中性子の数が両方とも偶数の場合、すべての核子で対をなすことができるため、原子核は非常に安定しています。中性子と陽子の数が奇数である5つの核種だけが安定しています。

陽子や中性子の数が一定である原子核は、予想以上に安定しているため、これらの数はマジックナンバーと呼ばれています。陽子と中性子の両方の魔法番号を持つ原子核は、二重魔法と呼ばれます。

原子番号が82より大きい原子核はすべて放射性です。しかし、原子番号83のビスマス-209は、放射性核種の中でも例外的に長い半減期を持っています。

安定帯から遠く離れた放射性核種の場合、その崩壊連鎖は、最終的に安定核種に到達するための一連の崩壊プロセスです。