中性子-陽子比

原子核の陽子と中性子の比（N/Z比または核比）は、その原子核の中性子の数と陽子の数の比です。安定な原子核と自然に存在する原子核では、この比は一般的に原子番号の増加とともに増加します。^{[ 1 ]}これは、陽子間の電気的反発力が、強い核力による引力とは異なる方法で距離に比例するためです。大きな原子核では、ほとんどの陽子のペアが十分に離れていません（静電反発は無限ですが、原子核内に多数の陽子が密集すると強くなります）。つまり、大きな原子核では（陽子の数が多いため）電気的反発が強くなります。その結果、反発力が蓄積されるため、強い核力が弱まります。安定な大きな原子核の陽子密度は、より多くの陽子のペアが非常に大きな短距離反発力を持つ安定な小さな原子核よりも低くなければなりません。ベータマイナス（-）崩壊やベータプラス（+）崩壊などの崩壊過程、およびアルファ崩壊では、陽子数と中性子数の変化が生じます。陽子数が少なくなると反発力が小さくなり、中性子数が少なくなると強い力が弱まります。^{[ 2 ]}

原子番号Zが小さく、最初の 3 つの原子核殻のみを占めることができる多くの元素、つまりカルシウム( Z = 20) までの元素には、 N / Z比が 1 の安定同位体が存在する。例外はベリリウム( N / Z = 1.25) と、原子番号が 9 から 19 までの奇数のすべての元素 (ただし、これらの場合、N = Z + 1 は常に安定性を許容する) である。水素 1 ( N / Z比 = 0) とヘリウム 3 ( N / Z比 = 0.5) は、中性子と陽子の比が 1 未満の唯一の安定同位体である。ウラン 238 は、あらゆる原始核種の中で最も高いN / Z比1.587 を持ち、^{[ 3 ]}水銀 204は、既知の安定同位体の中で最も高いN / Z比 1.55 を持つ。放射性崩壊は一般的に、 N / Z比を変化させて安定性を高めるように進行する。 N / Z比が1より大きい場合、アルファ崩壊はN / Z比を増加させるため、中性子数が少なすぎる大きな原子核の崩壊において、安定状態への共通の経路となる。陽電子放出と電子捕獲もこの比を増加させる一方、ベータマイナス崩壊はこの比を減少させる。

核廃棄物が存在する主な理由は、核燃料の安定同位体比（N / Z比）が核分裂生成物の同位体比よりも高いためである。

安定な原子核の場合、中性子と陽子の比率は、結合エネルギーが局所的な最小値、または最小値に近い値となるような値である。

液滴モデルから、この結合エネルギーは経験的なベテ・ヴァイツゼッカーの式によって近似される。

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

値が与えられた場合${\displaystyle A}$そして核子スピンペアリングの寄与を無視する（つまり、${\displaystyle \pm \デルタ (A,Z)}$項）結合エネルギーは二次式で、${\displaystyle Z}$中性子と陽子の比率が最小になるのは${\displaystyle N/Z\approx 1+{\frac {a_{C}}{2a_{A}}}A^{2/3}}$。

• 同位体 § 同位体間の特性の差異
• 核分裂
• 核点滴ライン