Масса ядра измеряется в атомных единицах массы (а.е.м). За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы нейтрального атома углерода ¹² С:

1а.е.м = 1.6606 10^-27 кг.

    А.е.м. выражается через энергетические единицы:

1а.е.м = 1.510^-3эрг = 1.510^-10дж = 931.49 МэВ

    Масса покоя частицы m, ее полная энергия E и импульс p связаны соотношением (релятивистский инвариант):

                                                                E² - c²p² = m²c⁴.          (1.1)

При скорости частицы v = 0 энергия покоя E₀ и полная энергия частицы E совпадают

                                                                      Е₀ = mc²                  (1.2)

Полная энергия частицы состоит из двух слагаемых:

                                                                     E = mc²+ T ,             (1.3)
где Т- кинетическая энергия частицы.
Масса ядра всегда меньше массы составляющих его нуклонов.
    Радиус ядра R связан с массовым числом A соотношением

                                                                      R = r₀A^1/3,              (1.4)
где параметр r₀ 1.3 Фм.

    Энергия связи ядра E_св(A,Z) это энергия, необходимая, чтобы развалить ядро на отдельные, составляющие его нуклоны. Энергия связи определяется соотношением:

                                              Е_св(A, Z) = [Z m_p + (A - Z)m_n - M(A, Z)] c²,

где Z - число протонов, ( A - Z) - число нейтронов, m_p - масса протона, m_n - масса нейтрона, М(A,Z) - масса ядра с массовым числом А и зарядом Z.
Полная энергия связи ядра, выраженная через массу атома, имеет вид:

                                 Е_св(A, Z) = Zm_H + (A - Z)m_n - M_ат(A, Z) - Zm_e) c² ,              (1.5)

    Удельная энергия связи ядра (A, Z) это энергия связи, приходящаяся на один нуклон

                                                        ε(A, Z) = E_св(A,Z) / A,                                    (1.6)

где А - массовое число.

    Избыток масс (дефект масс) связан с массой атома M_ат(A,Z) и массовым числом A соотношением:

                                                              = М_ат(A,Z) - А,                                      (1.7)

В таблицах избытки масс атомов даются в энергетических единицах, обычно в кэВ.

    Спин ядра J это векторная сумма спинов и орбитальных моментов составляющих ядро нуклонов.

,

где _i - спины составляющих ядро нуклонов, _i - их орбитальные моменты.

Четность ядра P определяется орбитальными моментами составляющих его нуклонов

                                                                               .                              (1.8)

    На рисунке показана типичная схема уровней (ядро ¹²C). Указаны энергии возбуждения в МэВ, а также спины и четности состояний. Минимальное значение энергии покоя (массы) имеет ядро, находящееся в состоянии, когда энергия внутреннего движения нуклонов минимальна. Такое состояние называется основным. Энергия возбуждения отсчитывается от основного состояния. На рисунке показаны также основные состояния ядер ¹²B и ¹²N, распадающиеся в результате β⁻ и β⁺-распадов на основное и возбужденные состояния ядра ¹²C.

Рис. 1. Схема уровней ядра ¹²С.