Según tengo entendido, la cantidad de protones en un núcleo está limitada porque las fuerzas de Coulomb crecen más rápido con la cantidad de protones que la fuerza nuclear. Entonces, la descomposición alfa/cluster limita el tamaño en este caso.
Pero, ¿por qué no podemos tener nucleidos con un número muy elevado de neutrones? ¿Está esto limitado por la desintegración beta-menos?
Un núcleo simple que contiene neutrones podría ser un solo neutrón. Pero, los neutrones no son estables (solos, se descomponen en protón + electrón, 'desintegración beta', con una vida media de unos 10 minutos). Por lo tanto, también se puede esperar que un núcleo rico en neutrones sea inestable y dé lugar a un núcleo con un protón extra después de una desintegración beta.
El carbono-14, por ejemplo, se descompone en nitrógeno-14 después de unos pocos miles de años, por desintegración beta.
Sin embargo, dentro de un núcleo, la desintegración de un neutrón es menos probable debido a la incorporación de ese neutrón en las funciones de onda mixtas de los otros protones y neutrones. Es por eso que la velocidad de desintegración del Carbono-14 es bastante más lenta que la de un solo neutrón.
Si hay un límite de recuento de protones nucleares, se deduce que los neutrones (para encajar en el modelo de capa nuclear) se asocian con una cierta cantidad de protones para mantenerse estables. En una base de capa por capa, el complemento de protones eventualmente se agotará y la siguiente capa de neutrones solo se desintegrará.
La respuesta son las fuerzas. La fuerza nuclear, la fuerza fuerte residual, mantiene unidos a los neutrones y protones en el núcleo. Ahora, la fuerza fuerte es de corto alcance. En realidad, en una escala muy corta, se vuelve repulsivo (esto mantiene separados a los neutrones), y después de cierta distancia se vuelve atractivo (esto los mantiene aún cerca en un núcleo).
Ahora, si empiezas a tener más y más neutrones, tenderán a descomponerse en protones, porque son bastante inestables. Entonces, su núcleo rico en neutrones también tendrá que tener protones. Esto es un poco más complicado, porque el isospín del neutrón y el protón se complementan y agregan una fuerza adicional para mantener unido el núcleo.
Entonces, hay tres fuerzas en el núcleo que lo mantienen unido:
fuerza fuerte residual que mantiene unidos a los neutrones y protones
El acoplamiento isospin hace que el núcleo con neutrones y protones sea más estable (entonces solo neutrones)
La fuerza EM mantiene separados a los protones
Ahora la estabilidad de tu núcleo dependerá de estas fuerzas, mientras se equilibren, será estable.
El problema es el rango de estas fuerzas. La fuerza EM es repulsiva entre los protones y los mantiene separados, pero la fuerza fuerte tiene un alcance relativamente corto.
Cuando agregas más y más neutrones, crecerás en tamaño. Es porque la fuerza fuerte es repulsiva en escalas muy cortas. Esto también mantiene separados a los neutrones y los protones. Y la fuerza EM también mantiene separados a los protones.
Entonces, cuando creces en tamaño, el núcleo se hace más grande y la fuerte fuerza residual después de un tiempo no podrá igualar la repulsión EM. Después de agregar más de 118 a 150 neutrones (y los protones necesarios debido al isospin), el núcleo se desmoronará.
proyecto de ley n
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