إستقرار النواة

يوجد في أنوية العناصر الخفيفة الثابتة عدد متساوي تقريبا من البروتونات والنيوترونات، إلا أنه بإزدياد كتلة العنصر تزداد نسبة النيوترونات إلى البروتونات، وتظهر هذه الحقائق في الشكل (1) الذي يوضح العلاقة بين عدد النيوترونات وعدد البروتونات لعدد من النظائر.

شكل (1): حزام الثبات الذي يوضح العلاقة بين عدد النيوترونات والبروتونات.

توضيح حزام الثبات ( Belt of stability ): أليست البروتونات جسيمات تحمل نفس الشحنة وتتواجد في مكان واحد ؟ لقد تعلمنا في درس الكهرباء الساكنة أن الجسيمات المتشابهة كهربياً تتنافر . من الثابت علمياً اليوم أن النيوترونات مسئولة جزئياً عن عملية ربط البروتونات ببعضها في النواة وذلك لأنه أولاً : لاتوجد نواة تتكون فقط من عدة بروتونات دون وجود نيوترونات .

وثانياً : كلما ازداد عدد البروتونات في نواة ما كلما ازدادت الحاجة إلى النيوترونات لكل بروتون من أجل الربط .

اتضح أن نويات العناصر الخفيفة تحتوي على أعداد متساوية تقريباً من البروتونات والنيوترونات بينما في العناصر الأثقل تحتوي النويات غير النشطة اشعاعياً على عدد من النيوترونات أكبر بكثير من البروتونات . وعلاوة على ذلك فإن النويات ذات النشاط الاشعاعي تكون محتوية على نسبة أقل من النيوترونات .

نلاحظ أن الإنحراف عن نسبة 1:1 يصبح واضحا عند عدد ذري من 20- 25 فأكثر، وفي هذا الشكل فإن النقط الواقعة على المنطقة المتعرجة أو حزام الثبات، تمثل نظائر ثابتة، أما النقط التي تقع خارج هذه المنطقة فتمثل عناصر مشعة، فإذا كانت نسبة N للنواة عالية جدا يقال أنها غنية بالنيوترونات، لذلك يجب أن تمر بإنحلال النشاط الإشعاعي بالأسلوب الذي تقلل فيه نسبة النيوترونات إلى البروتونات لتصل إلى قيمة قريبة جدا من قيمة الإستقرار (N/Z = 1) في هذه الحالة يجب على النواة أن تقلل من N وتزيد من قيمة Z ، إذ يمكن عمل ذلك بتحويل النيوترونات إلى بروتونات وذلك بإنبعاث جسيمات بيتا السالبة. أما إذا كانت N/Z قليلة جدا للإستقرارحدث إنحلال للنشاط الإشعاعي الذي يقلل من قيمة Z ويزيد من قيمة N بتحويل البروتونات إلى نيوترونات وذلك بإنبعاث بوزيترون B⁺ أو إمتصاص النواة للإلكترون المداري (E.C.) حجز الإلكترون.  ونلاحظ أنه بعد البزموث تكون جميع الأنوية غير مستقرة تجاه إنحلال النشاط الإشعاعي بإنبعاث جسيمات ألفا في حين أن يكون بعضها غير مستقر أيضا تجاه إنحلال بيتا.

أي يمكن تقسيم المنحنى إلى ثلاث مناطق:

1- الأنوية التي لها Z = 20 هنا تكون النسبة N/Z للأنوية المستقرة مساوية للقيمة 1 أو 1.1 .

2- الأنوية التي لها Z = 20-83 تزداد النسبة N/Z للأنوية المستقرة لتصل للقيمة 1.5 أي أننا في هذه الحالة نحتاج إلى عدد أكبر من النيوترونات لزيادة القوى النووية الجذبة حتى تتغلب على قوى التنافر الكولومية التي تنشأ بين العدد الكبير من البروتونات.

3-الأنوية التي لها Z > 83 هنا تزداد قوى التنافر الكولومية بين البروتونات بحيث يستحيل الحصول على أنوية ثابتة للعناصر ذات العدد الأكبر من 83 .