Stabilitatea unui nucleu se masoara prin energia sa de legatura pe nucleon (Wleg/A). In figura este reprezentata dependenta energiei de legatura per nucleon de numarul de masa A. Observam ca nucleele cu numarul de masa mediu au energia de legatura per nucleon maxima, adica aceste nuclee sunt cele mai stabile. Nucleul ce corespunde numarului de masa A= 56 este fierul, a carui energie de legatura pe nucleon este maxima. Astfel, in procesele nucleare sunt implicate nucleele cele mai usoare sau cele mai grele, care sunt mai putin stabile. Cand doua nuclee usoare formeaza impreuna un nucleu cu numarul de masa mai mare, energia de legatura per nucleon creste (masa nucleara se reduce) si energia suplimentara este eliberata. Acesta este procesul de fuziune nucleara. Daca un nucleu foarte greu fisioneaza (se rupe) in doua nuclee mai usoare, cu numarul de masa mediu, energia de legatura pe nucleon creste (masa nucleara scade) si se elibereaza energia suplimentara. Fenomenul se numeste fisiune nucleara.

Defectul de masa Δ este definit ca diferenta dintre masa unui atom masurata in unitati atomice, si numarul de masa A, adica

Δ (A, Z)= M – A.

Acesta apare in momentul formarii nucleului, cand actiunea fortelor de atractie nucleara duc la eliberarea unei energii egale cu energia de legatura a componentelor nucleului. Defectul de masa este pozitiv pentru elementele usoare pana la Z = 9 (fluor,F), negativ pentru elementele cu numarul de ordine cuprins intre Z = 10 (neon, Ne) si Z = 72 (hafniu, Hf) si din nou pozitiv pana la ultimul element.

Defectul de masa poate fi determinat experimental cu o eroare care creste o data cu numarul de masa A si se calculeaza cu relatia

Δ(A, Z) = Wleg (A, Z)/ c2

O marime mai putin afectata de erorile de masura, introdusa tot pentru determinarea energiei de legatura, este fractia de ingramadire, care este egala cu defectul de masa ce revine unui nucleon

f(A, Z) = Δ(A, Z) / A

Ca si defectul de masa si fractia de ingramadire are valori positive pentru nucleele usoare, cu A < 16, se anuleaza pentru A = 16, devine negativa, are un minim pentru A = 60, se anuleaza din nou pentru A = 180, dupa care devine din nou pozitiva

Ce sunt fortele nucleare? In nucleul cu o dimensiune incredibil de mica (raza ≈ 10-15m), exista doua forte foarte puternice care actioneaza una contra celeilalte. Cand echilibrul acestora este rupt apre radioactivitatea (emisia spontana de particule din nucleu) cu eliberarea unei energii foarte mari. De exemplu intre doi protoni de exercita o forta de 100 milioane ori mai mare decat forta cu care este atras electronul de nucleul atomului de hidrogen. Totusi, ne punem intrebarea cum exista impreuna mai multi protoni la o distanta atat de mica ca cea din volumul nucleului? Experienta demonstrand ca exista nuclee stabile, concluzia fireasca este ca trebuie sa existe si forte de interactiune intre nucleoni, care sa-I lege in nucleu. Acestea se numesc forte nucleare. Ele nu depind invers proportional de patratul distantei dintre particule, ca in cazul celor electrice si actioneaza doar la distante foarte mici, care sunt limitate de principiul de incertitudine al lui Heisenberg. Fortele nucleare sunt cele mai puternice forte cunoscute in natura.

In figura este sugerata existenta celor doua tipuri de forte, nucleare si electromagnetice pe care nucleonii actioneaza unii asupra celorlalti.

Fortele nucleare au urmatoarele proprietati care rezulta din experienta: Nu depind de sarcina electrica, aceste forte actioneaza si intre

neutroni care sunt neutri din punct de vedere electric. Deci forte nucleare nu sunt de natura electrica.

Au un character de saturatie, in sensul ca fiecare nucleon interactioneaza cu un numar limitat de alti nucleoni aflati in imediata sa apropiere.

Sunt forte de atractie. Actioneaza la distante foarte mici, egale cu raza nucleului (10-15m),

fiind numite forte de raza mica de actiune. Nu sunt forte de tip central, iar energia potentiala corespunzatoare nu

are o simetrie sferica. Depind de orientarea spinilor nucleonilor aflati in interactiune (spinul

este o proprietate a particulelor elementare, care se explica in cadrul teoriei cuantice relativiste).

Fortele nucleare sunt o masura a interactiunii dinte nucleoni care se transmit prin schimb de gluoni, adica se realizeaza prin intermediul unui camp nuclear, analog campului electromagnetic prin care se transmit interactiunile dintre sarcinile electrice.