Ścieżka stabilności jąder atomowych

Stabilność jąder atomowych jest uzależniona od liczby masowej danego pierwiastka, czyli od łącznej liczby protonów i neutronów wchodzących w skład określonego jądra. Dzieje się tak dlatego, że energia wiązania przypadająca na jeden nukleon przyjmuje różne wartości dla różnych jąder. W przypadku jąder stabilnych siły jądrowe muszą przeciwdziałać odpychaniu kulombowskiemu pomiędzy protonami. W przeciwnym wypadku jądro ulega samorzutnemu rozpadowi, tworząc tym samym jądro nowego pierwiastka. Zjawisko to nosi nazwę promieniotwórczości naturalnej.

 
Rys. Ścieżka stabilności jąder atomowych. N – liczba neutronów, Z – liczba protonów.

Na przedstawionym powyżej wykresie widać, że początkowo, gdy liczba protonów (Z) jest równa liczbie neutronów (N), punkty odpowiadające stabilnym jądrom atomowym układają się wzdłuż linii prostej. Im większa jest jednak liczba atomowa, tym punkty te układają się w sposób coraz bardziej nieliniowy ponad linią wyznaczoną na początku. Spowodowane to jest własnością oddziaływania silnego pomiędzy nukleonami, które ma charakter krótkozasięgowy. W przypadku jąder pierwiastków ciężkich odległości pomiędzy skrajnymi nukleonami są na tyle duże, że siły jądrowe nie występują. Zatem żeby przezwyciężyć siłę odpychania elektrostatycznego pomiędzy protonami potrzebne są dodatkowe neutrony, które „wnoszą” do jądra dodatkową energię wiązania.
Obecnie znanych jest ok. 2000 różnych jąder atomowych, jednak tylko niecałe 300 zalicza się do jąder trwałych. Wszystkie jądra o liczbie atomowej przekraczającej wartość 83 są nietrwałe.