La estabilidad de un núcleo atómico se mide mediante la energía de ligadura (o energía de enlace nuclear), que es la energía necesaria para desintegrar completamente el núcleo en sus protones y neutrones constituyentes. Se calcula a partir del defecto de masa :
donde es la diferencia entre la masa de los nucleones libres y la masa real del núcleo.Sin embargo, para comparar la estabilidad entre distintos núcleos se usa la energía de ligadura por nucleón , donde es el número másico. Esta magnitud indica la fuerza de unión media por cada nucleón dentro del núcleo.
La curva de energía de ligadura por nucleón en función del número másico presenta el siguiente comportamiento:
Núcleos ligeros ( pequeño, ): la energía de ligadura por nucleón es baja y crece rápidamente al aumentar . Estos núcleos son relativamente inestables.Núcleos de masa intermedia (entorno a , como el hierro Fe): presentan el máximo de energía de ligadura por nucleón, aproximadamente MeV/nucleón. Son los núcleos MÁS ESTABLES de la naturaleza.Núcleos pesados ( grande, ): la energía de ligadura por nucleón disminuye progresivamente al aumentar , debido a que la repulsión coulombiana entre los muchos protones debilita la cohesión nuclear. Estos núcleos son más inestables.La fusión nuclear consiste en la unión de dos núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado. Como los núcleos ligeros tienen menor energía de ligadura por nucleón que el núcleo resultante (que se aproxima más al máximo de estabilidad), el núcleo producto es más estable. La diferencia de energía de ligadura se libera en forma de energía:
La fusión es el proceso que alimenta las estrellas y libera grandes cantidades de energía, ya que el producto se encuentra mucho más cerca del máximo de estabilidad.
La fisión nuclear consiste en la ruptura de un núcleo pesado (inestable, con gran ) en dos o más núcleos más pequeños. Los núcleos resultantes tienen mayor energía de ligadura por nucleón que el núcleo original, por lo que son más estables. La diferencia de energía se libera:
La fisión es la base de los reactores nucleares y de las bombas atómicas. Los fragmentos resultantes se sitúan en la zona de mayor estabilidad de la curva.
Tanto la fusión (núcleos ligeros núcleo más estable) como la fisión (núcleo pesado núcleos más estables) son procesos en los que el sistema evoluciona hacia una mayor estabilidad nuclear (mayor energía de ligadura por nucleón), liberando energía en el proceso. Ambos procesos convergen hacia el hierro Fe como núcleo más estable.