kärnbindningar

Kärnbindningar är de krafter som håller atomkärnor samman. Den centrala mekanismen är den starka kärnkraften, som verkar mellan nukleonerna – protoner och neutroner – i kärnan. Stark kraft är mycket stark men verkar endast över mycket korta avstånd. Den övervinner den elektromagnetiska repulsionen mellan protonerna och ger kärnan dess stabilitet och struktur.

Bindningsenergi definieras som den energi som krävs för att bryta kärnan i fria protoner och neutroner. I praktiken uppstår bindningsenergin som massdefekten: när kärnan bildas är summan av massorna för separerade nukleoner större än kärnans massa. Skillnaden omvandlas till energi enligt E = mc^2. Bindningsenergin uttrycks ofta i MeV per nucleon.

Bindningsenergien per nucleon varierar med kärnans storlek. Lätta kärnor har relativt låg bindningsenergi per nucleon, mitten av skalan når ett maximum runt järn-56, och tyngre kärnor har lägre bindningsenergi per nucleon igen. Denna kurva förklarar varför fusion av lätta kärnor och fission av tunga kärnor frigör energi. Kärnstruktur och magiska tal påverkar också stabiliteten.

Kärnbindningar är centrala för kärnteknik och kärnvapen, samt för förståelsen av stjärnors nukleosyntes och kosmiska processer. Genom att studera bindningar kan man uppskatta kärnornas egenskaper och reaktionsutfall i olika miljöer. Modeller som Weizsäckers massformel och olika kärnmodeller används för att beskriva bindningsenergi över hela kärnorna.