Un nucleo risulta stabile quando ha una
massa minore della somma delle masse di ogni possibile
coppia di nuclei ottenibili dalla sua scissione. Una grandezza
che definisce in modo evidente la stabilità di
una data specie atomica è l'energia di legame specifica
o per nucleone; è definita dalla seguente relazione
L'esperienza mostra che il valore di detta energia varia
di poco per tutte le specie nucleari ed è compresa
tra i 7.4 MeV e 8.8 MeV. Si tratta di energie enormi se
si considera che quelle di legame degli elettroni ai rispettivi
nuclei sono soltanto di pochi elettronvolt. L'energia
di legame per nucleone è minima per gli elementi
leggeri e aumenta rapidamente sino a raggiungere il massimo
valore per quelli di numero atomico medio (A compreso
tra 40 e 60); essa tende poi a diminuire gradatamente
sino a diventare un'altra volta minima per i nuclei più
pesanti. Risulta quindi che sia i nuclidi più leggeri
sia quelli più pesanti sono i meno stabili. Per
i primi, costituiti da pochi protoni e neutroni, gli effetti
della superficie del nucleo sono più notevoli.
Infatti i nucleoni situati in vicinanza della superficie
esterna del nucleo non sono completamente circondati da
altri nucleoni e sono soggetti ad una forza di attrazione
più piccola. Ne consegue che negli elementi leggeri
i nucleoni superficiali sono in numero relativamente più
grande rispetto a quelli pesanti e quindi le forze di
legame sono minori. Per i nuclei più pesanti invece
l'elevato numero di protoni determina una maggiore repulsione
elettrostatica delle loro cariche a svantaggio della stabilità
dei nuclei stessi.
Processi di radioattività
I nuclei degli atomi possono emettere non
solo particelle pesanti ed elettroni ma anche radiazioni
gamma: se l'emissione avviene spontaneamente, come si
verifica in natura per gli elementi più pesanti
(Z>80), il processo prende il nome di radioattività
naturale; nel caso contrario si parla di radioattività
artificiale.
Decadimento radioattivo
È il fenomeno per il quale un nuclide, in seguito
all'emissione di particelle pesanti, si trasforma, in
un tempo più o meno lungo, in un nuclide diverso.
La trasformazione può avvenire attraverso fasi
successive e tende sempre, più o meno rapidamente,
ad una forma stabile; così, per esempio, la serie
radioattiva che fa capo all'uranio 238 passa attraverso
una successione di decadimenti che portano alla fine
all'ultimo elemento stabile costituito dal piombo .
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