Ограничение количества нейтронов в ядре [дубликат]

Насколько я понимаю, количество протонов в ядре ограничено, потому что кулоновские силы растут быстрее с количеством протонов, чем ядерные силы. Таким образом, распад альфа/кластера ограничивает размер в этом случае.

Но почему у нас не может быть нуклидов с очень большим количеством нейтронов? Ограничено ли это бета-минус-распадом?

Каков предел числа протонов? Откуда вы взяли это значение? Или вы про соотношение протонов к нейтронам?
Я не уверен, что вы достаточно учитываете ядерный контекст в своем описании связывания протона. Предел числа протонов, образующих стабильное ядро ​​без нейтронов, равен… одному. Попытка сказать, что здесь есть предел для протонов, а там есть отдельный предел для нейтронов, кажется не очень плодотворной. Вопрос: «Что делает ядра стабильными?» и что (а) сложно и (б) уже обсуждалось на сайте (кажется, сразу без ссылки).
Что касается (а) будет ли формула Бете-Вайцзекера (асимметрия/член Паули и спаривание/спиновое взаимодействие) подходящим ответом?

Ответы (2)

Простое ядро, содержащее нейтроны, может быть одним нейтроном. Но нейтроны нестабильны (в одиночку они распадаются на протон + электрон, «бета-распад», с периодом полураспада около 10 минут). Таким образом, можно ожидать, что ядро, богатое нейтронами, будет нестабильным и приведет к образованию ядра с дополнительным протоном после бета-распада.

Углерод-14, например, распадается до азота-14 через несколько тысяч лет в результате бета-распада.

Однако внутри ядра распад нейтрона менее вероятен из-за включения этого нейтрона в смешанные волновые функции других протонов и нейтронов. Вот почему скорость распада углерода-14 гораздо ниже, чем у одного нейтрона.

Если существует предел количества ядерных протонов, из этого следует, что нейтроны (чтобы соответствовать модели ядерной оболочки) связываются с некоторым количеством протонов, чтобы оставаться стабильными. На основе оболочки за оболочкой протонный компонент в конечном итоге будет израсходован, и следующая оболочка, состоящая только из нейтронов, распадется.

Это не отвечает на вопрос. ОП спрашивает об ограничениях, а не о влиянии дополнительного нейтрона. Углерод-12 стабилен при Z+N. Углерод-13 стабилен, но имеет дополнительный нейтрон, который не нужен для стабильности.
Однако внутри ядра распад нейтрона менее вероятен из-за включения этого нейтрона в смешанные волновые функции других протонов и нейтронов. Это больше связано с фазовым пространством.

Ответ - силы. Ядерная сила, остаточная сильная сила, удерживает вместе нейтроны и протоны в ядре. Теперь сильная сила имеет ближний радиус действия. На самом деле, в очень коротком масштабе он становится отталкивающим (это удерживает нейтроны друг от друга), а после определенного расстояния становится притягивающим (это удерживает их все еще близко в ядре).

Теперь, если у вас будет все больше и больше нейтронов, они будут стремиться распасться на протоны, потому что они довольно нестабильны. Так что в вашем богатом нейтронами ядре должны быть и протоны. Это немного сложнее, потому что изоспины нейтрона и протона дополняют друг друга и добавляют дополнительную силу, удерживающую ядро ​​вместе.

Таким образом, в ядре действуют три силы, удерживающие его вместе:

  1. остаточная сильная сила, удерживающая нейтроны и протоны вместе

  2. изоспиновая связь делает ядро ​​с нейтронами и протонами более стабильным (чем только нейтроны)

  3. ЭМ-сила удерживает протоны друг от друга

Теперь устойчивость вашего ядра будет зависеть от этих сил, пока они уравновешиваются, оно будет устойчивым.

Проблема в диапазоне этих сил. ЭМ-сила отталкивает протоны и удерживает их друг от друга, но сильная сила имеет относительно небольшой радиус действия.

Когда вы добавляете все больше и больше нейтронов, вы будете расти в размерах. Это потому, что сильная сила отталкивает на очень коротких масштабах. Это также разделяет нейтроны и протоны. И ЭМ-сила также удерживает протоны друг от друга.

Поэтому, когда вы увеличиваетсяе в размерах, ядро ​​становится больше, и остаточная сильная сила через некоторое время не сможет уравнять электромагнитное отталкивание. После того, как вы добавите от 118 до 150 нейтронов (и протонов, необходимых из-за изоспина), ядро ​​развалится.