neutronenprotonverhouding

Neutronenprotonverhouding, vaak uitgedrukt als N/Z, is het aantal neutronen N gedeeld door het aantal protonen Z in een atoomkern. Deze verhouding bepaalt in belangrijke mate de stabiliteit van een isotoop en beïnvloedt welke radioactieve vervalkanalen mogelijk zijn. In de literatuur wordt vaak gesproken over de valle van stabiliteit, waarbij isotopen met een bepaalde N/Z-verhouding stabiel zijn.

In lichte kernen ligt de valle van stabiliteit dicht bij N ≈ Z. Naarmate het atoomnummer Z toeneemt, vereist de afname van de coulombkrachten tussen protonen een steeds groter aandeel neutronen om de binding te stabiliseren. Daardoor stijgt N en neemt N/Z toe. Voor zware elementen ligt de meest stabiele verhouding meestal tussen ongeveer 1,4 en 1,6 (bijvoorbeeld lood-208 heeft N=126 en Z=82, N/Z ≈ 1,54). Generiek geldt: isotopen met een te grote of te kleine N ten opzichte van Z zijn radioactief en ondergaan beta-verval om dichter bij de valle van stabiliteit te komen.

De neutronenprotonverhouding bepaalt grotendeels het type verval dat een kern ondergaat: een proton-rijk (te laag N/Z) nu wordt vaak beta-plus vervallen of elektroncapture, waardoor Z toeneemt en N afneemt; een neutron-rijk (te hoog N/Z) ondergaat meestal beta-minus verval, waardoor Z toeneemt en N afneemt. Het concept is ook fundamenteel in kernfusie en kernreacties, waar de N/Z-verhouding de randvoorwaarden bepaalt voor binding en reactie-uitkomsten.

In de kosmologie en astrofysica speelt de N/Z-verhouding een cruciale rol bij nucleosynthese. Tijdens de vroege ontwikkeling van het universum bepaalde de n/p-verhouding tijdens de Big Bang nucleosynthese de uiteindelijke helium- en waterstofverhoudingen. In r-processen ontwikkelen zich neutronenrijke omgevingen die leiden tot productie van zware elementen.