ESTABILIDAD NUCLEAR Y ENERGÍA DE UNION
Si suponemos que un neutrón se acerca a un protón para formar un núcleo de deuterio (deuterón, conformado por un único neutrón y un único protón), parecería razonable que la masa del así formado deuterón (md) sea igual a la suma de las masas del neutrón (mn) y del protón (mp). Sin embargo, en la realidad, la masa del deuterón formado es menor que la suma de la masa de ambos nucleones constituyentes. Es decir, la masa del núcleo es menor que la suma de las masas que tienen los nucleones cuando están separados. A esta diferencia se le denomina defecto de masa, ∆m. Este defecto de masa, tiene su origen en la energía liberada por la unión estable de ambos nucleones. Se corresponde precisamente con la energía que mantiene unidos a las dos partículas en el núcleo formado, cuya equivalencia (entre el defecto de masa y la energía de unión) puede conocerse a través de la ecuación de Einstein, E = mc2 , y se simboliza como B. De modo análogo, como en todo proceso reversible, la energía liberada en la formación del núcleo es de igual magnitud (aunque de signo contrario) que aquella que hay que entregar para separar a los nucleones constituyentes.
Es evidente que, cuanto mayor es esa energía, mayor será la estabilidad del núcleo. Si el valor de B así calculado tiene signo positivo, el núcleo podrá formarse; si tiene signo negativo, el núcleo en cuestión no puede formarse termodinámicamente.
Llamaremos nucleido a una especie atómica que se caracteriza por la composición de su núcleo. Vale decir que átomos de un mismo elemento (mismo Z) pueden poseer distinto A (por tener distinto N) y por lo tanto ser distintos nucleídos. A los nucleidos se los representa con el símbolo químico del elemento correspondiente (X), y arriba a la izquierda el número de nucleones (A). El símbolo químico define el número de nucleones al estado de protón (Z) y por lo tanto, queda automáticamente definido el número de neutrones (N). Así, el Número Atómico (Z) y el Número Másico (A) definen a un átomo en particular de un elemento.
Por su parte, a los nucleídos se los puede clasificar en isótopos, isóbaros, isómeros, isótonos o isodiáforos.
En el interior del núcleo, el balance entre la cohesión dada por la fuerza nuclear fuerte y la repulsión coulombiana dada por la fuerza electromagnética entre nucleones al estado de protón, es lo que determina la energía de unión de cada nucleón y, por lo tanto, la estabilidad nuclear. Los núcleos inestables son radiactivos, vale decir que emiten espontáneamente partículas y/o fotones alcanzando así un estado más estable. Esas partículas y fotones constituyen la radiactividad. Los núcleos de los elementos químicos que, por alguna razón, presentan cierta inestabilidad, emiten radiaciones de distinta naturaleza que interactúan con la materia ionizando el medio interpuesto en forma directa o indirecta. Es por ello que estas radiaciones se denominan radiaciones ionizantes. Si bien, la radiactividad es un fenómeno que se origina eminentemente en el núcleo de los átomos, en algunos casos se hallan involucrados electrones orbitales. En la tabla de nucleídos se relaciona al número de protones (Z) con el número de neutrones (N) y se observa que, en general, son radiactivas las sustancias que presentan un balance inadecuado entre protones y neutrones. Cuando el número de neutrones es excesivo o demasiado pequeño en relación al número de protones, se hace más difícil que la fuerza fuerte residual, descripta por la cromodinámica cuántica y debida al intercambio de quarks, en especial de piones, pueda mantener unidos a los nucleones. Este desequilibrio induce la corrección del exceso de neutrones y/o protones liberando la energía en forma de partículas, dando lugar a radiación alfa o beta. Así, un núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, el que eventualmente puede todavía seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación alfa o beta, además de radiación gamma (emisión de fotones).