Fuerzas nucleares
Los protones y neutrones del núcleo se encuentran en un espacio muy reducido, a distancias muy cortas unos de otros. A estas distancias tan cortas es muy grande la repulsión electromagnética entre protones, que de acuerdo a la ley de Coulomb es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional a la magnitud de las cargas. La fuerza que vence a esta repulsión electromagnética y es capaz de mantener el núcleo unido es otra de las 4 interacciones fundamentales conocidas, la fuerza nuclear fuerte. Es una fuerza atractiva y muy intensa, por lo que domina a la repulsión culombiana de los protones, pero tiene un muy corto alcance, sólo del orden de poco más de un fermi. Las características de este tipo de fuerza son que es una fuerza saturada (cada partícula sólo es capaz de interaccionar con un pequeño número de otras partículas), dirigida (depende de la orientación de los espines) e independiente de la carga ( la fuerza entre dos protones es igual que la existente entre dos neutrones o entre protón y neutrón ).
Pese a la interacción fuerte, un núcleo puede ser inestable y desintegrarse por radiactividad, e incluso fisionándose, rompiéndose en fragmentos. Núcleos pesados, como por ejemplo el del Uranio, son capaces de hacerlo naturalmente. Como bien conocemos, el proceso de fisión también puede darse por la acción de neutrones sobre núcleos de determinados elementos, lo que produce una gran liberación de energía, aprovechada en las centrales nucleares de fisión.
Estabilidad Nuclear
La radiactividad es un proceso
estrictamente nuclear, es un proceso de desintegración espontánea del núcleo.
La estabilidad nuclear es el equilibrio entre las fuerzas de
repulsión eléctrica de los protones y la fuerza atractiva nuclear de corto
alcance, que experimentan los protones y neutrones del núcleo. La relación
entre el número de protones(Z) y neutrones(N) es por lo tanto clave para la
estabilidad del núcleo.
Para los núcleos ligeros N es aproximadamente igual a Z, es decir la relación
entre N y Z es 1 (N / Z =1), por lo que son estables. Para los núcleos pesados
la estabilidad se consigue con mayor número de neutrones y la relación entre N
y Z puede llegar a ser de hasta 1.56 (N / Z=1.56) , desviándose del valor 1 en
el que el núcleo es estable. Este comportamiento de los diferentes núcleos está
representado en la gráfica.
Cada interacción fundamental tiene unas partículas de
intercambio ( por ejemplo en la interacción electromagnética son los fotones
). Las partículas de intercambio características de la fuerza nuclear fuerte
son los mesones, según propuso en 1935 Hideki Yukawa en 1935 ( partículas
compuestas de 2 quarks ). Al estar compuestas las partículas entre las que se
da la fuerza nuclear fuerte por quarks y también las partículas de
intercambio, esta fuerza nuclear fuerte hoy en día se introduce dentro de la
llamada cromodinámica cuántica, que explica las interacciones fuertes como el
efecto de las fuerzas de color ( propiedad fundamental de los quarks ) entre los
quarks que constituyen los hadrones ( término en el que englobamos a los
mesones y a las partículas compuestas por tres quarks, como protones o
neutrones ).
