핵 안정도

양성자와 중성자는 핵이라고 통칭하여 핵에 단단히 포장됩니다. 약 10^-15 미터의 반경으로, 핵은 약 10^-10 미터전체 원자의 반경에 비해 매우 작습니다. 핵은 대량 물질에 비해 매우 조밀하며, 평균 1.8 × 10¹⁴ 그램은 입방 센티미터당. 지구의 밀도가 평균 핵 밀도와 같으면 지구의 반경은 약 200미터에 불과할 것입니다.

핵의 매우 작은 부피에서 양전하 양성자를 함께 보유하려면 양전하 양성자가 짧은 거리에서 강하게 격퇴하기 때문에 매우 강력한 매력적인 힘이 필요합니다. 핵을 하나로 묶는 매력의 힘은 강력한 핵무력이다. 이 힘은 양성자 사이, 중성자 사이, 그리고 양성자와 중성자 사이 작동합니다. 양전하 핵 주위에 음전하 전자를 보유하는 정전기력과는 매우 다릅니다. 10^-15 미터 미만의 거리와 핵 내에서 강력한 핵력은 양성자 사이의 정전기 반발보다 훨씬 강합니다. 더 큰 거리와 핵 바깥쪽에 는 본질적으로 존재하지 않습니다.

안정적인 핵을 위한 양성자 수 대 중성자 수의 플롯은 안정적인 동위원소가 좁은 대역으로 떨어지는 것을 드러낸다. 이 지역은 안정성의 밴드로 알려져 있습니다 (또한 안정성의 벨트, 영역, 또는 계곡이라고도 함). 도 1의 직선은 양성자 대 양성자 비율(n:p 비율)의 1:1 비율을 갖는 핵을 나타낸다. 일반적으로 더 가벼운 안정 핵은 양성자와 중성자의 수가 동일합니다. 예를 들어, 질소-14에는 7개의 양성자와 7개의 중성자가 있습니다. 무거운 안정 핵, 그러나, 양성자 보다 점점 더 많은 중성자. 예를 들어, 안정된 뉴클리드 아이언-56에는 30개의 중성자와 26개의 양성자, 1.15의 n:p 비율이 있는 반면, 안정된 뉴클리드 리드-207에는 125개의 중성자 및 82개의 양성자가 있으며, n:p 비율은 1.52에 해당한다. 이것은 더 큰 핵이 더 양성자 양성자 반발을 가지고 있으며 이러한 정전기 반발을 극복하고 핵을 함께 유지하기 위해 보상 강한 힘을 제공하기 위해 더 많은 수의 중성자를 필요로하기 때문입니다.

그림 1. 안정성의 밴드.

안정성의 대역 외부 핵은 불안정하고 방사능을 전시 : 그들은 자발적으로 변경, 또는 붕괴, 안정성의 밴드에 또는 가까운 다른 핵으로. 이러한 핵 부패 반응은 불안정한 핵종 또는 방사성 핵종을 다른 핵종으로 변환하며, 이는 종종 더 안정적입니다.

핵의 안정성과 그 구조 사이의 관계에 관한 몇 가지 관찰이 이루어질 수 있다.

양성자, 중성자 또는 둘 다의 짝수인 핵은 안정될 가능성이 더 높습니다. 특정 수의 핵을 가진 핵, 마법 번호로 알려진, 핵 부패에 대하여 안정적입니다. 양성자 또는 중성자 (2, 8, 20, 28, 50, 82 및 126)의 이 숫자는 핵에 완전한 껍질을 만듭니다. 이들은 고귀한 가스에 대해 관찰된 안정적인 전자 껍질과 개념상 유사하다. 양성자와 중성자 모두의 마법의 숫자를 가진 핵은 “이중 마법”이라고하며 특히 안정적입니다.

원자수치가 82보다 높은 핵은 방사성이다. 비스무트-209, 원자 번호 83, 매우 오랜 시간 동안 안정 된 것으로 생각 되었다 그리고 그것은 비 방사성 처럼 처리 될 수 있다. 방사성이지만 방사성 핵종 중 매우 긴 반감기가 있습니다.

가장 무거운 원소의 자연 발생 방사성 동위원소는 연속붕괴, 또는 부패의 사슬에 빠지며, 한 사슬의 모든 종은 방사성 가족 또는 방사성 붕괴 시리즈를 구성합니다. 이 시리즈의 3개는 주기적인 테이블의 자연방사성 원소의 대부분을 포함한다. 그들은 우라늄 시리즈, 액티니드 시리즈 및 토륨 시리즈입니다. neptunium 시리즈는 네 번째 시리즈로, 관련된 종의 짧은 반감기로 인해 더 이상 지구상에서 중요하지 않습니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 21.1: 원자력 구조 및 안정성에서 적용됩니다.