kärnstruktur

Kärnstruktur avser hur protoner och neutroner, oftast benämnda nukleoner, är arrangerade i atomkärnan och hur kärnkrafterna samt kvantmekaniska regler bestämmer kärnans energi, form och excitationsspectrum. En kärna består av Z protoner och N neutroner (A = Z+N). Bindningsenergin per kärna anger hur mycket energi som krävs för att bryta kärnan, och massdefekten förklarar varför kärnan väger mindre än summan av dess fria nukleoner. Den starka kärnkraften är kort räckvidd och verkar mellan närliggande nukleoner, vilket håller kärnan samman.

Två centrala modeller används för att beskriva kärnstruktur: kärnskalsmodellen och flytande-drop-modellen. I kärnskalsmodellen fyller nukleonerna energinivåer i uppsättningar av skal, vilket förklarar magiska tal och kärnans spin och parity i många kärnor. Denna modell betonar kvantmekaniska kvantisering och shell closures. Flytande-drop-modellen behandlar kärnan som en sammanhängande mängd av vätska, vilket fångar macromoment och den övergripande bindingen samt fenomen som fission. Den semiempiriska massformeln (Weizsäcker) beskriver bindningsenergin genom termer för volym, yta, asymmetri och parbildning.

Kärnor kan vara nästan sfäriska eller deformerade; deformationer leder till kollektiva rörelser och resulterar i rotations- och vibrationalsekvenser i kärnans excitationsspektrum. Observables inkluderar energinivåer, spin och parity hos grundtillståndet samt gamma- och beta-decay. Kärnstruktur påverkas av neutron-/protonförhållande samt kärnans massnummer, vilket avgör stabilitet, isotoper och gränsdragningar som beta-stabilitet och driplines.