核稳定性最好用 核结合能来量化。考虑氦-4 原子,它有 两个质子、两个中子和两个电子。这些粒子已知质量的总和 比中性氦-4 的测量质量 大 0.0305 个原子质量单位。计算得出的原子质量与实验测量的原子质量 之间的差异称为质量亏损。氦-4 在形成过程中 释放出大量能量 是造成这种差异的原因。爱因斯坦的质能方程有助于估算 与质量损失相关的能量变化。把质量换算成千克,然后求解这个方程,结果以基本国际标准单位焦耳表示。显而易见,巨大的能量 伴随着微小的质量变化。核子结合在一起时所释放的能量 与把原子核分解成质子和中子 所需的能量相同,称为核结合能。对于氦,核结合能为每摩尔 2.74 万亿焦耳。除以阿伏伽德罗数,得到的 核结合能为每个氦核 4.55 皮焦耳。这也经常用电子伏来表示。对于氦-4,这相当于 每个原子核 28.4 兆电子伏。除以核子数 4,得到每个核子的核结合能。每个核子的核结合能 与质量数的关系图描述了 核素的相对稳定性。质量数在 40-100 之间的元素 的每核子结合能最高,铁-56 的每核子质量最低。为了获得稳定性,重核 倾向于通过称为裂变的 放热过程分裂为中型核,而轻核则通过聚变过程结合在一起。