原子核の知識

なぜバラバラにならないのか？ 🛡️

陽子同士はクーロン力で反発しあう。しかし、以下の強力な力がバランスを保っている。

• 核力：陽子同士の反発を力ずくで抑える超強力な「接着剤」。
• 中性子のクッション：陽子が増えると反発も強まるが、中性子は電荷を持たないため反発せず「核力」だけを提供できる！重い原子ほど「余分な中性子」が必要。
• 液滴模型：原子核を「水滴」のような液体の塊として捉え、表面張力でギュッとまとまっているとする考え方。

消えた重さが接着剤：結合エネルギー ⚖️

原子核の重さを量ると、陽子と中性子の「合計体重」より少しだけ軽くなる（質量欠損）。

• 結合エネルギー：消えた重さ（質量欠損）が、原子核をまとめる結合エネルギーに変化！
• 核子1個あたりの結合エネルギーが大きいほど、原子核は安定する。
• 宇宙で最もがっちり結びついた最も安定なのは鉄 ($^{56}\text{Fe}$)

核種の親戚づきあい：4つの「同」 👨‍👩‍👦

• 同位体（アイソトープ）: 陽子数 $Z$ （原子番号）が同じ。化学的性質が同じ。
• 同重体（アイソバー）: 質量数 $A$ が同じ。
• 同中性子体（アイソトーン）: 中性子数 $N$ が同じ。
• 核異性体（アイソマー）: $Z, N, A$ が同じだが、励起状態にあるもの。$^{99m}\text{Tc}$ など。

魔法数 (Magic Number) 🪄

特定の数の陽子や中性子が集まると、殻がピッタリ閉じて例外的に安定する魔法の数字。

• 魔法数: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126

原子核の大きさ（半径・密度） 📏

• 半径 $R$: 質量数 $A$ の 1/3 乗に比例する！ ($R = r_0 A^{1/3}$)
• 体積 $V$: 半径の 3 乗に比例するため、質量数 $A$ に比例する。
• 密度: 質量も体積も $A$ に比例するため、密度は $A$ によらず、すべての原子核でほぼ一定（超高密度）！