In een atoomkern worden protonen en neutronen zeer dicht bijeengehouden door de zgn. sterke wisselwerking genoemd. Zij heeft de volgende eigenschappen:
- Alle kerndeeltjes (protonen en neutronen) doen mee in de sterke wisselwerking, en trekken elkaar hierdoor aan.
- De sterke wisselwerking werkt slechts op zeer korte afstanden.
Een atoomkern kan alleen intact blijven als de sterke wisselwerking de elektrische afstoting kan overkomen. Er mogen dus niet te weinig neutronen zijn. Anderzijds mogen er ook niet te veel neutronen zijn, omdat neutronen dan de neiging hebben te vervallen.
Al met al heeft ieder element slechts één of een paar isotopen die precies het juiste aantal neutronen hebben. Alle andere isotopen zijn instabiel, en zullen op kortere of langere termijn vervallen.
De volgende vuistregels zijn nuttig bij het inschatten van de stabiliteit van een atoom:
- voor atoomgetallen hoger dan 82 (lood) zijn er geen stabiele isotopen;
- voor lichte elementen (Z < 20) moet het aantal neutronen ongeveer gelijk zijn aan het aantal protonen;
- voor zwaardere elementen moet het aantal neutronen groter zijn dan het aantal protonen (tot 50% hoger voor elementen als goud en lood);
- even aantallen protonen en/of neutronen dragen bij aan stabiliteit;
- “magische aantallen” protonen of neutronen, die de stabiliteit verhogen, zijn: 2, 8, 20, 28, 50, 82, en 126.
