Trong thế giới vi mô của hạt nhân nguyên tử, sự bền vững là một yếu tố then chốt quyết định tính chất và hành vi của vật chất. Để hiểu rõ hơn về điều này, chúng ta cần đi sâu vào cấu trúc và năng lượng liên kết của hạt nhân.
Hạt nhân được cấu tạo từ các proton và neutron, liên kết với nhau bằng lực hạt nhân mạnh. Năng lượng cần thiết để phá vỡ hạt nhân thành các nucleon riêng lẻ được gọi là năng lượng liên kết (∆W). Năng lượng này liên quan trực tiếp đến độ hụt khối (Δm) của hạt nhân theo công thức nổi tiếng của Einstein: (Delta {rm{W}} = Delta m{c^2}).
Độ hụt khối được tính bằng sự khác biệt giữa tổng khối lượng của các nucleon riêng lẻ và khối lượng thực tế của hạt nhân: (Delta m = Z.{m_p} + left( {AZ} right).{m_n}{M_{hn}}), trong đó Z là số proton, A là số khối, mp và mn lần lượt là khối lượng của proton và neutron, và Mhn là khối lượng của hạt nhân.
Năng lượng liên kết thường được biểu diễn bằng đơn vị MeV (Mega electron Volt), và có thể được tính từ độ hụt khối theo công thức: (Delta Mleft( {MeV} right) = 931,5.Delta m,,left( u right);,,1MeV = 1,{6.10^{ – 13}}J).
Tuy nhiên, năng lượng liên kết không phải là thước đo duy nhất cho độ bền vững của hạt nhân. Một hạt nhân có năng lượng liên kết lớn không nhất thiết bền vững hơn một hạt nhân có năng lượng liên kết nhỏ hơn. Điều quan trọng là phải xem xét số lượng nucleon trong hạt nhân.
Để so sánh độ bền vững giữa các hạt nhân một cách chính xác, chúng ta sử dụng khái niệm năng lượng liên kết riêng (ε). Năng lượng liên kết riêng là năng lượng liên kết tính trên mỗi nucleon. Hạt Nhân Càng Bền Vững Thì năng lượng liên kết riêng của nó càng lớn.
Đồ thị năng lượng liên kết riêng theo số khối A, minh họa sự biến thiên và giá trị cực đại tương ứng với các hạt nhân bền vững.
Đồ thị năng lượng liên kết riêng theo số khối A cho thấy xu hướng này. Các hạt nhân ở vùng giữa của đồ thị (ví dụ, sắt-56) có năng lượng liên kết riêng cao nhất, do đó chúng là những hạt nhân bền vững nhất. Các hạt nhân nhẹ hơn hoặc nặng hơn có năng lượng liên kết riêng thấp hơn và có xu hướng phân rã để trở nên bền vững hơn.
Tóm lại, hạt nhân càng bền vững thì năng lượng liên kết riêng của nó càng lớn. Năng lượng liên kết riêng là một chỉ số quan trọng để đánh giá độ bền vững của hạt nhân và giải thích nhiều hiện tượng trong vật lý hạt nhân.
