เสถียรภาพนิวเคลียส

    1 แรงนิวเคลียร์
     นิวเคลียสมีลักษณะเป็นทรงกลม ขนาดของนิวเคลียสขึ้นอยู่กับจำนวนนิวคลีออนในนิวเคลียส นิวคลีออน คือ จำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสนั่นเอง

                ถ้าให้ เป็นรัศมีของนิวเคลียสที่มีเลขมวล 

                จะได้                               
                หรือ                                

เมื่อ        แทน รัศมีของนิวเคลียส
            แทน เลขมวลของนิวเคลียส

           ในปัจจุบันยังวัดได้ไม่แน่นอน แต่พอจะประมาณได้ว่ามีค่าตั้งแต่ 1.2 ×10-15 เมตร ถึง 1.5 ×10-15 เมตร (ค่า 1.2 × 10-15 เมตร เป็นค่ารัศมีนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน)

              แรงนิวเคลียร์ เป็นแรงที่ยึดนิวคลีออนไว้ด้วยกันที่ นิวเคลียสแรงนี้มีค่ามากพอที่จะต้านแรง ผลักระหว่างประจุไฟฟ้า ของนิวคลีออน ซึ่งมีค่าสูงมาก เนื่อง จากนิวเคลียสมีขนาดเล็กมากนั่นเอง ขณะเดียวกันความหนาแน่นของนิวเคลียส มีค่าประมาณ 1018 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ในขณะที่ ความหนาแน่น ของธาตุที่มีความหนาแน่นมากที่สุด (ธาตุออสเมียม) มีค่าเท่ากับ 2 × 1014 กิโลกรัม ต่อลูกบาศก์เมตร เปรียบเทียบกันจะเห็นว่า นิวคลีออน ในนิวเคลียสอยู่อย่างหนาแน่นมาก แรงนิวเคลียร์จึงเป็นแรงที่มีค่าสูงมาก

                2 พลังงานยึดเหนี่ยว
                พลังงานยึดเหนี่ยว คือ พลังงานที่ยึดนิวคลีออนไว้ด้วยกัน ในนิวเคลียสการที่จะกระทำ ให้นิวคลีออนแยกตัวออกจากกันต้องให้พลังงานแก่นิวเคลียสเท่ากับ พลังงานยึดเหนี่ยว เป็นต้นว่า ธาตุดิวเทอเรียมประกอบด้วย โปรตอน 1 ตัวกับนิวตรอน 1 ตัว เมื่อให้ รังสีแกมมาพลังงาน 2.22 MeV กระทบนิวเคลียสของธาตุดิวเทอเรียม ผลก็คือ ได้โปรตอนกับนิวตรอน ออกมาจากนิวเคลียสธาตุ ดิวเทอเรียมแสดงว่านิวเคลียส ของธาตุดิวเทอเรียมมีพลังงานยึดเหนี่ยว 2.22 MeV สรุปว่านิวเคลียส ของธาตุทุกชนิดมีโปรตอนอยู่รวมกันได้ทั้ง ๆ ที่เกิดแรงผลักกันอย่างมหาศาล ตามกฎของคูลอมบ์ ก็ เนื่องจากมวลนิวเคลียสน้อยกว่าผลรวมของมวลโปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบด้วยกันเป็นนิวเคลียส

             มวลพร่อง (Mass Defect = ) 
             มวลพร่อง คือ ผลต่างของมวลรวมโปรตอนและนิวตรอน กับมวลของนิวเคลียส มวลนี้สามารถ เปลี่ยน เป็นพลังงานได้ตามหลักของไอน์สไตน์ ค่าพลังงานที่ได้เป็นพลังงานยึดเหนี่ยว โปรตรอนและ นิวตรอนไว้ในนิวเคลียส

      ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวกับเลขมวล

                                  รูปที่ 8 กราฟระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวกับเลขมวล

                ลักษณะกราฟในรูปที่ 8 เกือบเป็นเส้นตรง ประมาณได้ว่า พลังงานยึดเหนี่ยวแปรผันตรงกับ จำนวนนิวคลีออน ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออน บอกให้ทราบว่านิวเคลียสมีเสถียรภาพมาก หรือน้อย เช่น

รูปที่ 9 ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนกับเลขมวล A

         จากกราฟในรูปที่ 9 Fe - 56 มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนมากกว่า U-235 แสดงว่า Fe-56 เสถียรภาพสูงกว่า U-235 หากทำให้ Fe-56 แตกตัวเป็นโปรตอนกับนิวตรอนต้องใช้พลังงานต่อ นิวคลีออน มากกว่า U-235
             ถ้าใช้ความสัมพันธ์ระหว่างมวล  และ พลังงาน ของไอน์สไตน์ที่ว่า  เมื่อ เป็นอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศ เราสามารถหามวลพร่อง เทียบกับพลังงาน ดังนี้ 

                หรือ