Таким образом, характер ядерных сил свидетельствует о сложной структуре нуклонов.

Энергия связи ядер. Энергия связи ядра  – энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составные части (нуклоны). Она равна разности суммарной массы входящих в него нуклонов и массы ядра, умноженной на скорость света в квадрате (с ²), т.е.

                              .                                       (1)
где  – массы протона, нейтрона и ядра.

Масса ядра не равна сумме масс, образующих ядро нуклонов. Разницу между ними называют дефектом масс

                                 .                                         (2)
Дефект масс обусловлен сильным взаимодействием нуклонов в ядре, при образовании ядра из свободных нуклонов энергия выделяется и возникает дефект масс.

Взаимодействие нуклонов в ядре характеризуется удельной энергией связи  (энергией связи, приходящейся на один нуклон)

                                               ,
где А – массовое число. Удельная энергия связи ядер = 6-8 МэВ. Это связано с насыщением ядерных сил.

Ядра называют магическими, если у них число протонов или нейтронов равно одному из чисел 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Последнее число допустимо только для нейтрона. Происхождение и величина магических чисел находит объяснение в оболочечной модели ядра.

Если у ядра одновременно магическими являются как число протонов, так и нейтронов, то такое ядро называют дважды магическим, например, такими являются ядра , , , . Эти ядра отличаются повышенной устойчивостью (большей удельной энергией связи) и широкой распространенностью в природе.

На рис. представлена кривая зависимости удельной энергии связи ядра от массового числа А для наиболее стабильных изобаров с четными значениями А (кривая Вейцзеккера). Атомы с одинаковым А, но различным Z (число протонов) называют изобарами. Атомы с одинаковыми Z, но различными N (число нейтронов) называют изотопами. Атомы с одинаковыми N, но различными Z называют изотонами.

Удельная энергия связи мало меняется при переходе от ядра к ядру и равна ~8 МэВ. Удельная энергия связи имеет максимум при А =56 (железо). Этот максимум составляет ~8,8 МэВ. Замедление роста удельной энергии связи с последующим ее снижением для малых А связано с поверхностной энергией, а затем (с ростом А) с кулоновским отталкиванием.

Из графика видно, что для легких ядер энергетически выгоден процесс слияния их с выделением ядерной энергии синтеза. Напротив, для тяжелых ядер энергетически выгоден процесс деления, сопровождающийся также выделением ядерной энергии. На этих процессах основана вся ядерная энергетика.

Реакции деления ядер. Превращение ядер при взаимодействии с элементар­ными частицами или друг с другом называют ядерными реакциями. Ядерные реакции являются основным методом изучения структуры ядер и их свойств. Ядерные реакции подчиняются законам сохранения: электрического заряда, барионного заряда, лептонного заряда, энергии, импульса и др. Например, закон сохранения барионного заряда сводится тому, что суммарное число нуклонов не меняется в результате ядерной реакции.