Az atomok tömegének legnagyobb része egy, az atom térfogatához képest igen kisméretű, pozitív töltésű atommagban koncentrálódik. Az atommag átmérője 10-15 m, ami az atom méretének tízezred része. A Rutherford-féle szórási kísérlet eredménye vezette végül Ernest Rutherfordot és Niels Bohrt egy olyan atommodellhez, amelyben a pozitív töltésű pici, de nehéz magot a negatívan töltött elektronok felhője veszi körül. A magban levő protonok száma adja az atom rendszámát, amely semleges atom esetén megegyezik a mag körül keringő elektronok számával. Mivel az elektronszám határozza meg a kémiai viselkedést, ezért az azonos protonszámú magok kémiai szempontból nagyon hasonlóan viselkednek, a protonszám határozza meg azt, hogy valami milyen kémiai elem (például hidrogén vagy vas). Az atommagban levő nukleonok (proton+neutron) teljes száma adja az atom tömegszámát.
Amikor a fizikusok az atommag szerkezetét kezdték vizsgálni, azzal a problémával találták magukat szemben, hogy bár a magban lévő protonok a Coulomb-erő miatt nagy erővel taszítják egymást, az atommag mégis stabil állapotban van. E problémának csak egy megoldása van, a természetben léteznie kell még egy igen rövid hatótávolságú, de nagyon intenzív erőhatásnak, amely az elektromos taszítást kompenzálja. Ez a magerő.
A fizikában általában akkor mondjuk egy rendszerre, hogy ismerjük, ha létezik egy többé-kevésbé minden tulajdonságát megmagyarázó modellünk. Az atommag esetében azonban a modellezés kivételesen nehéz:
az atommagban jelenlevő részecskék száma 1 és 250 között mozog. Statisztikusan nem lehet tárgyalni, mert ahhoz nagyon kevés részecskénk van, az elméleti mechanika viszont már a háromtest-problémát sem tudja egzaktul megoldani.
a magerők egzakt formája ismeretlen
Természetesen léteznek különböző modellek, amik jól magyarázzák a mag egyes tulajdonságait.
Atommagok tulajdonságai
Tömege
Az atommag tömegét atomi tömegegységben (jele: U vagy ATE) a következő összefüggés adja meg:
A atommag nukleonokból épül fel, melyeket a töltésfüggetlen erős nukleáris kölcsönhatás tart össze. Az összetett mag tömege mindig kisebb, mint az őt alkotó részecskék tömege külön-külön. Az előálló tömegdefektus vagy tömeghiány:
?m = Z·Mp + (A–Z)Mn – M(AZX)
A tömeghiánynak (tömegdefektusnak) megfelelő (kötési) energia tartja össze az atommagot. Értéke a Weizsäcker-féle empirikus összefüggésből állapítható meg.
Sűrűsége
Az atommagok sűrűsége állandó, kémiai elemektől és izotópoktól függetlenül. Az atommag sűrűsége magas érték, , ami megfelel -nek. Mivel az atommag sűrűsége állandó, ezért a térfogata, illetve a sugara a tömegszámmal arányosan változik.
Magerő
Földi viszonyok között állandó struktúra az atommag, amelyet a nukleáris kölcsönhatás alakít ki. Két m tömegű nukleon között fellépő magerő hatótávolsága: b = h/2?mc
Mérete
A nukleon (proton vagy neutron) átmérője 1 fm = (10–15 m). Az atommag alakja közelíthető gömbbel, így az atommagok méretének számítására tapasztalati összefüggést alkalmazunk:
ahol
R a mag sugara
A a tömegszám,
és 1,2 fm.
A mag sugara 0,005%-a (1/20 000) az atom sugarának. A mag sűrűsége olyan nagy, hogy egy liternyi maganyag tömege körülbelül 200 000 000 000 tonnát nyomna. A kompakt neutroncsillagokat teljes egészében nukleonok alakotják, sűrűségük tehát megegyezik az atommagéval.
Atommagok csoportosítása
Felépítésük szerint
izotóp: azonos protonszám, eltérő neutronszám (például: 11H és 21H)
izotón: azonos neutronszám, eltérő protonszám (például: 21H és 32He)
izobár atommagok: azonos nukleonszám, eltérő protonszám (például: 146C és 147N)
izomer magok: a rendszám és a tömegszám is azonos, csak a mag energiaállapotában van különbség
Stabilitás szerint
stabil magok (1)
olyan atommagok, amelyeknél radioaktivitást nem tapasztaltak
kb. 264 ilyen atommagot ismerünk
például: 12C, 14N, 16O
elsődleges természetes radionuklidok (2)
olyan természetes radioaktív magok, amelyek megtalálhatóak a Naprendszer keletkezése óta
felezési idejük nagyon hosszú
26 ilyen mag ismert
Például: 238U (T=4,47·109 év), 40K (T=1,28·109 év), 87Rb (T=4,8·1010 év)
másodlagos természetes radionuklidok
Olyan magok, amelyek (2) bomlása révén keletkeznek
Felezési idejük nagyon rövid, a Naprendszer keletkezése óta nem találhatóak meg
38 ilyen mag ismert
Például: 226R (T=1600 év), 234Th (T=24,1 nap)
Indukált természetes radionuklidok
állandóan keletkeznek a kozmikus sugárzás hatására
10 ilyen mag ismert
Például: 3H (T=12,3 év), 14C (T=5730 év)
mestreséges radionuklidok
emberi tevékenység során keletkeztek, a természetben nincsenek számottevően jelen
2000 ilyen mag ismert
Például: 60Co, 137Cs, 24Na
Vissza a lap tetejére
Tudomány és Technika
(test@t-es-t.hu)
Atommag 
Atomic nucleus 
Der Atomkern