Hoe is het mogelijk dat atomen evenveel protonen als neutronen hebben?

Voor alle duidelijkheid: atomen hebben niet per se evenveel neutronen en protonen. Uit de beschrijving van je vraag leid ik dan ook af dat je vraag eerder is: hoe komt het dat de protonen en neutronen netjes bij elkaar blijven zitten in de kern terwijl positief geladen protonen elkaar eigenlijk aantrekken?

Bedenk dat je voor het 'echte' antwoord een hele cursus atoomfysica en kernfysica voor de boeg hebt.

Maar het eenvoudige antwoord is: de sterke kernkracht houdt de protonen en neutronen bij elkaar. De sterke kernkracht is een beetje sterker dan de elektromagnetische kracht waarmee protonen elkaar afstoten en rijkt 'minder ver'. Dus wil je de protonen in je kern bij elkaar kunnen houden dan heb je ook neutronen nodig.

Zitten er het 'goede' aantal neutronen in de kern dan heb je een stabiele situatie waarbij de neutronen en protonen elkaar voldoende aantrekken om de kern bij elkaar te houden ondanks het feit dat de protonen elkaar ook afstoten.

Zou je teveel protonen hebben t.o.v. het aantal neutronen dan krijg je 'protonenstraling' de protonen stoten elkaar dan zo sterk af dat er een proton wegschiet uit de kern.

Wanneer het teveel aan protonen nog 'meevalt' zal er geen protonenstraling voorkomen maar wel beta+ straling. Een proton wordt dan een neutron en zend daarbij een positron uit (behoud van lading, dus deze moet ergens naartoe) en tevens een neutrino. Maar, dat positron uitzenden kost energie. Energie dat een isotoop soms niet heeft. Dus bestaat er een derde mogelijkheid: elektron capture. De kern 'vangt' daarbij een elektron uit de elektronenwolk rond het atoom en proton en elektron vormen samen een neutron.

Omgekeerd: wanneer er weer teveel neutronen zijn en te weinig protonen dan is het mogelijk dat er een neutron in een proton veranderd. Ook hier weer moet de lading hetzelfde blijven, dus dit gaat gepaard met beta- straling. Hierbij wordt een elektron en een anti-neutrino uitgezonden.

Heel zware kernen kunnen in feite sowieso niet stabiel meer zijn. Deze kernen ontdoen zich dan van meer dan 1 proton of neutron en spuwen een alfadeeltje of heliumkern uit: 2 protonen en 2 neutronen. Of: ze gaan over tot spontane fissie en vallen uiteen in 2 kleinere atoomkernen.

En naast het uitbraken van verschillende deeltjes zoals hierboven beschreven laten de onstabiele kernen dan ook nog 'een boertje' (extra energie die ook nog weg moet): ze zenden vaak ook nog een of meerdere gammastralen uit.