중성자-양성자비

원자핵의 중성자-양성자 비율(N/Z 비율 또는 핵비)은 양성자 수에 대한 중성자 수의 비율이다.안정핵과 자연발생핵 사이에서 이 비율은 일반적으로 ^[1]원자번호가 증가함에 따라 증가한다.이것은 양성자 사이의 전기적 반발력이 거리에 따라 강한 핵력 인력과 다르게 크기 때문이다.특히, 큰 핵의 대부분의 양성자 쌍은 충분히 떨어져 있지 않기 때문에 전기적 반발이 강한 핵력을 지배한다. 따라서 안정적이고 큰 핵의 양성자 밀도는 더 많은 양성자 쌍이 현저한 단거리 핵력 흡인력을 갖는 안정적이고 작은 핵보다 낮아야 한다.

원자번호 Z가 칼슘(Z = 20)의 핵껍질까지 점유할 수 있을 정도로 작은 원자번호 Z의 각 원소의 경우, 베릴륨(N/Z = 1.25)과 원자번호가 9와 19 사이의 모든 원소(N = Z + 1)를 제외하고 N/Z 비율이 1인 안정적인 동위원소가 존재한다.수소-1(N/Z 비율 = 0)과 헬륨-3(N/Z 비율 = 0.5)은 중성자-수소 비율이 1 미만인 유일한 안정 동위원소이다.우라늄-238은 1.587로 ^[2]원시 핵종의 N/Z 비율이 가장 높고 납-208은 1.537로 알려진 안정 동위원소의 N/Z 비율이 가장 높다.방사성 붕괴는 일반적으로 안정성을 높이기 위해 N/Z 비율을 변경하도록 진행됩니다.N/Z 비율이 1보다 크면 알파 붕괴는 N/Z 비율을 증가시키고, 따라서 중성자가 너무 적은 큰 핵을 포함하는 붕괴에 안정성을 향한 공통 경로를 제공한다.양전자 방출과 전자 포획 또한 비율을 증가시키는 반면, 베타 붕괴는 비율을 감소시킨다.

핵폐기물은 핵연료가 핵분열 생성물보다 안정적인 N/Z 비율이 높기 때문에 주로 존재한다.

반경험적 설명

안정된 원자핵의 경우 중성자-양성자 비율은 결합 에너지가 국소 최소 또는 최소에 근접하도록 한다.

액체 방울 모델에서 이 결합 에너지는 경험적 베테-바이제커 공식에 의해 근사된다.

E_{B}=a_{V}A-a_{S}A^{2/3}-a_{C}{\frac {Z^{2}}{A^{1/3}}-a_{A}{\frac {(A-2Z)^{2}}{A}}\pm\delta(A,Z).

A $(\displaystyle$ A $)$ 의 $A$ 값이 주어지고 핵자 스핀쌍의 기여(즉, ± δ $)$ 항을 무시)가 무시될 때 결합 에너지는 중성자-프로톤 비율이 $N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}$ + $N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}$ 때 최소화된 Z $(\displaystyle$ $\pm \delta (A, Z$ $)$ 항)의 $\pm \delta (A,Z)$ $Z$ 2차 표현이다 $N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}$ $($ $A}}A^{2/$ 3 $N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}$

동위원소 반감기.안정 동위원소에 대한 그래프는 원소 번호 Z가 커짐에 따라 선 Z = N에서 분리된다.

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레퍼런스

^ "21.2: Patterns of Nuclear Stability". Chemistry LibreTexts. 2014-11-18. Retrieved 2019-04-10.
^ "Radioactive Decay". chemed.chem.purdue.edu. Retrieved 2019-04-09.

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[1] "21.2: Patterns of Nuclear Stability". Chemistry LibreTexts. 2014-11-18. Retrieved 2019-04-10.

[2] "Radioactive Decay". chemed.chem.purdue.edu. Retrieved 2019-04-09.

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