Может ли существовать атомное ядро, в котором протонов больше, чем нейтронов?

То, что вы ищете, — это изотопы с нейтронно-протонным отношением N / Z меньше 1. Эти изотопы вы можете найти, например, в этом списке из Википедии. Как видите, вы ищете элементы таблицы с N меньше Z.

В этой таблице вы ищете изотопы, которые находятся примерно выше серой зоны (также известной как полоса или пояс стабильности ).

Цвета показывают, насколько стабильны изотопы, серые изотопы стабильны, белые изотопы имеют период полураспада менее суток, другие цвета находятся где-то посередине. Согласно таблице есть только три изотопа с меньшим числом нейтронов, чем протонов, и периодом полураспада более суток. водород-1 и гелий-3, которые стабильны, и бериллий-7 с периодом полураспада около 53 дней.

Согласно Википедии :

Помимо протия (обычного водорода), гелий-3 является единственным стабильным изотопом любого элемента, в котором протонов больше, чем нейтронов.

Чтобы атомное ядро ​​было стабильным, сила отталкивания между протонами должна быть меньше энергии связи.

Это действительно не имеет никакого смысла. Нельзя сравнивать энергию связи с силой отталкивания . Это было бы очевидно, если бы вы попытались дать количественную оценку утверждению — гораздо проще сказать, что энергия должна быть больше, чем сила; это намного сложнее выразить уравнением :)

Скорее, задействованы две энергии связи — одна от электромагнитного взаимодействия, а другая от сильного ядерного взаимодействия (мы можем игнорировать другие фундаментальные взаимодействия). Итак, достаточно ли, чтобы энергия электромагнитной связи была меньше энергии сильной связи?

Стабильность — это не абсолютные числа или относительные энергии. Речь идет о том, существует ли более низкое энергетическое состояние, которое вы можете занять, достижимое с имеющейся у вас энергией (например, нет энергетического барьера, или барьер достаточно мал для квантового туннелирования, или барьер достаточно мал для данной температуры) и не нарушая ни одного из этих условий. законы сохранения. У протона намного больше энергии, чем у электрона; но он не может разлагаться, потому что ему не на что распадаться. У нейтрона лишь немного больше энергии, чем у протона, но он легко распадается на протон (+ электрон и электронное антинейтрино). Свободные нейтроны нестабильны.

Если у вас есть ядро, в котором абсолютное значение энергии электромагнитной связи больше, чем энергия сильной связи ядра, оно не будет стабильным. Но этого недостаточно; если бы это было так, вы могли бы бесконечно добавлять нейтроны к ядрам. Энергия связи He-8 очень велика. Но он все равно распадается почти сразу, потому что есть другие конфигурации с меньшей полной энергией — в частности, он очень быстро высвобождает позитрон и трансмутирует в Li-8.

Но если прямо ответить на ваш вопрос, то да, есть стабильные ядра с большим количеством протонов, чем нейтронов. Самый очевидный - H-1, а другой He-3. He-2 очень близок к стабильности, но не совсем (сильная сила выше, чем электромагнитное отталкивание, но есть и другие эффекты, делающие его энергию связи положительной).

Ядерные силы - это силы ближнего действия, если нет. число протонов больше числа нейтронов, тогда ядра нестабильны и будут распадаться на более стабильные дочерние ядра, энергия которых связана во время этого процесса из-за дефекта массы, называемого энергией связи. Теперь, что касается вашего вопроса, есть исключение: гелий-3 — единственный стабильный изотоп любого элемента с большим количеством протонов, чем нейтронов. с протием.