Διάγραμμα Segre

Τα νουκλεόνια συγκρατούνται μεταξύ τους λόγω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης (ελκτική δύναμη) η οποία έχει μικρή εμβέλεια, αλλά πολύ μεγάλη ισχύ και έτσι υπερνικά τις απωστικές ηλεκτροστατικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των θετικά φορτισμένων πρωτονίων και κατά αυτόν το τρόπο επιτρέπεται η ύπαρξη του πυρήνα. Λόγω ακριβώς της μικρής, όμως, εμβέλειας που έχει η ισχυρή πυρηνική δύναμη δεν μπορεί να καταστήσει ευσταθή έναν πυρήνα που είναι πολύ μεγάλος. Ο μεγαλύτερος πυρήνας που έχει ποτέ παρατηρηθεί και ήταν απολύτως ευσταθής είναι ο μόλυβδος 208 (²⁰⁸Pb).

Ένα χαρακτηριστικό διάγραμμα που δείχνει την ευστάθεια των πυρήνων είναι το λεγόμενο διάγραμμα Segre. Συνήθως αυτό είναι ένα διάγραμμα στου οποίου τον οριζόντιο άξονα τοποθετείται ο ατομικός αριθμός (Ζ) και στον κατακόρυφο ο αριθμός των νετρονίων (Ν) και όπου απεικονίζονται όλοι οι ανακαλυφθέντες πυρήνες. Σε αυτό το διάγραμμα παρατηρούμε ότι οι περισσότεροι πυρήνες είναι πάνω από την ευθεία N = Z (πάνω στην οποία θα έπρεπε να ήταν σχεδόν όλοι -αν όχι- όλοι οι πυρήνες στην περίπτωση που ΔΕΝ υπήρχαν οι ηλεκτρικές απωστικές δυνάμεις μεταξύ των πρωτονίων). Από όσα ήδη είπαμε για τις δυνάμεις στον πυρήνα, καταλαβαίνουμε ότι αυτό ισχύει για τους εξής δύο λόγους:

1. όσο μεγαλύτερος είναι ο ατομικός αριθμός (απωστικές δυνάμεις) τόσο πρέπει να αυξάνεται και ο αριθμός των νετρονίων (ελκτικές δυνάμεις) και
2. λόγω της περιορισμένης εμβέλειας της ισχυρής πυρηνικής (ελκτικής) δύναμης πρέπει να είναι μεγαλύτερος ο αριθμός των νετρονίων από τον ατομικό.

Στα υπόλοιπα μέρη του διαγράμματος Segre οι πυρήνες δεν είναι ευσταθείς για αυτό και δεν απεικονίζονται. Στην κάτω από της προαναφερθείσα ευθεία περιοχή οι πυρήνες διασπώνται λόγω της ηλεκτρομαγνητικής άπωσης, στην περιοχή Z μεγαλύτερου από 82 λόγω πολύ μεγάλης μάζας εκπέμποντας σωματίδια α και στη περιοχή πάνω από την ευθεία λόγω των πολλών νετρονίων που προκαλούν διάσπαση εκπέμποντας σωματίδια β. Κάτι ακόμα που παρατηρούμε είναι ότι μόνο τέσσερις πυρήνες έχουν περιττό αριθμό πρωτονίων και περιττό αριθμό νετρονίων και αυτό οφείλεται στην αστάθεια αυτού του είδους των πυρήνων.