чем обуслолено в ядре атома избыточное количество нейтронов в сравнении с протонами

Answer 1

Объяснить это в двух словах довольно трудно, но попробую. Нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре притягиваются друг к другу ядерными силами, так что каждый из них сидит в потенциальной яме, созданной всеми другими нуклонами. Из-за принципа Паули нуклоны не могут все сидеть на дне потенциальной ямы; они распределяются по различным состояниям и занимают различные дискретные энергетические уровни от дна ямы вплоть до так называемого уровня Ферми. Энергетические уровни расположены тем чаще (ближе друг к другу по энергии) , чем больше в ядре нуклонов.
 
Допустим теперь, что в ядре было бы одинаковое количество протонов и нейтронов. Протоны, в отличие от нейтронов, подвержены еще и взаимному электрическому отталкиванию. Поэтому потенциальная яма для них оказалась бы несколько мене глубокой, чем для нейтронов, а их уровень Ферми - несколько боле высоким. Если уровни энергии расположены достаточно часто (то есть нуклонов достаточно много) , то в пределах разницы в уровнях Ферми найдется свободное энергетическое состояние. Тогда одному из протонов энергетически выгодно превратиться в нейтрон (с испусканием электрона и нейтрино) и "съехать вниз" в это свободное состояние. Так будет продолжаться до тех пор, пока уровни Ферми нейтронов и протонов не выровняются, или пока разница между ними не станет настолько маленькой, что там уже не будет помещаться ни одно свободное энергетическое состояние для нейтронов. Поэтому нейтронов в достаточно тяжелых ядрах всегда больше, чем протонов.
 
Кстати, вышесказанное объясняет и то, почему нейтрон, нестабильный в свободном состоянии, стабилен внутри ядра. Ему мешает распасться закон сохранения энергии. Свободные для протона состояния в ядре находятся выше "протонного" уровня Ферми, значит, образовавшийся при распаде протон должен туда как-то "запрыгнуть", а у него для этого энергии не хватит. Для уединенного нейтрона такой проблемы нет: образовавшемуся протону никуда "запрыгивать" не надо.