relación neutrón-protón

La relación neutrón-protón ( relación N/Z o relación nuclear ) de un núcleo atómico es la relación entre su número de neutrones y su número de protones . Entre los núcleos estables y los núcleos que se encuentran en la naturaleza, esta relación generalmente aumenta con el número atómico. ^{[ 1 ]} Esto se debe a que las fuerzas de repulsión eléctrica entre protones escalan con la distancia de manera diferente a las atracciones de la fuerza nuclear fuerte . La mayoría de los pares de protones en los núcleos grandes no están lo suficientemente separados (la repulsión electrostática es infinita, pero está muy presente cuando muchos de ellos se agrupan en un núcleo), lo que significa que la repulsión eléctrica es más fuerte en los núcleos más grandes (debido a la mayor cantidad de protones). La fuerza nuclear fuerte se ve entonces disminuida debido a la acumulación de la repulsión total. La densidad de protones en los núcleos estables más grandes debe ser menor que en los núcleos estables más pequeños, donde más pares de protones tienen fuerzas repulsivas de corto alcance bastante grandes. Los procesos de desintegración como la desintegración beta menos (-) y beta más (+) e incluyendo la desintegración alfa permiten el cambio en el número de protones y el número de neutrones. Menos protones = menor fuerza repulsiva Y menos neutrones = fuerza fuerte reducida. ^{[ 2 ]}

Para muchos elementos con número atómico Z lo suficientemente pequeño como para ocupar solo las tres primeras capas nucleares , es decir, hasta el del calcio ( Z = 20), existe un isótopo estable con una relación N / Z de uno. Las excepciones son el berilio ( N / Z = 1,25) y todos los elementos con número atómico impar entre 9 y 19 inclusive (aunque en esos casos N = Z + 1 siempre permite la estabilidad). El hidrógeno-1 ( relación N / Z = 0) y el helio-3 ( relación N / Z = 0,5) son los únicos isótopos estables con una relación neutrón-protón menor que uno. El uranio-238 tiene la relación N / Z más alta de cualquier nucleido primordial en 1,587, ^{[ 3 ]} mientras que el mercurio-204 tiene la relación N / Z más alta de cualquier isótopo estable conocido en 1,55. La desintegración radiactiva generalmente procede de manera que cambia la relación N / Z para aumentar la estabilidad. Si la relación N / Z es mayor que 1, la desintegración alfa aumenta dicha relación y , por lo tanto, proporciona una vía común hacia la estabilidad para las desintegraciones que involucran núcleos grandes con muy pocos neutrones. La emisión de positrones y la captura electrónica también aumentan la relación, mientras que la desintegración beta menos la disminuye.

Los residuos nucleares existen principalmente porque el combustible nuclear tiene una relación N / Z estable más alta que sus productos de fisión .

En el caso de núcleos estables, la relación neutrón-protón es tal que la energía de enlace se encuentra en un mínimo local o cerca de un mínimo.

A partir del modelo de gota líquida, esta energía de enlace se aproxima mediante la fórmula empírica de Bethe-Weizsäcker.

${\displaystyle E_{B}=a_{V}A-a_{S}A^{2/3}-a_{C}{\frac {Z^{2}}{A^{1/3}}}-a_{A}{\frac {(A-2Z)^{2}}{A}}\pm \delta (A,Z).}$

Dado un valor de${\displaystyle A}$e ignorando las contribuciones del emparejamiento de espín de los nucleones (es decir, ignorando el${\displaystyle \pm \delta (A,Z)}$término), la energía de enlace es una expresión cuadrática en${\displaystyle Z}$que se minimiza cuando la relación neutrón-protón es${\displaystyle N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}}$.

• Isótopo §  Variación de las propiedades entre isótopos
• Fisión nuclear
• Línea de goteo nuclear