atomkärnor

Atomkärnor är de centrala delarna av atomen och består av protoner och neutroner, tillsammans kallade nucleoner. Antalet protoner, Z, bestämmer vilket grundämne kärnan tillhör, medan antalet neutroner, N, tillsammans med Z ger massantalet A = Z + N. Isotoper är kärnor med samma Z men olika N.

Kärnan är mycket liten, med en diameter på cirka 1,5 femtometer. Den starka kärnkraften binder samman nucleonerna och verkar över mycket korta avstånd, medan protonernas elektromagnetiska repulsion försöker separera dem. Den totala bindningsenergien anger kärnans stabilitet; massdefekten är skillnaden mellan massan av fristående nucleoner och kärnan och E = mc^2.

Flera modeller beskriver kärnans struktur. Den flytande dropp-modellen betonar volym och yta, medan skalsmodellen beskriver energinivåer för protoner och neutroner i en potential, med så kallade magiska tal som indikationer på stabilitet.

Isotoper kan vara stabila eller radioaktiva. Vid radioaktiva sönderfall förändras kärnan genom alfa-, beta- eller gamma-sönderfall, och halveringstiden varierar stort mellan isotoper. Stabiliteten hos kärnor följer trender som magiska tal och massantal.

Kärnreaktioner som fission och fusion är energigivande processer i jordens kärnkraftverk och i stjärnor. Fission delar tyngre kärnor i mindre, medan fusion förenar lätta kärnor till tyngre. Upptäckten av kärnstrukturen gjordes först genom Rutherford-experimentet 1911, och neutronen upptäcktes av James Chadwick 1932.