基础定义

原子核

原子核(atomic nucleus)位于原子的核心部分,占了99.96%以上原子的质量,与周围围绕的电子组成原子。原子核由质子和中子构成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是则由两个下夸克和一个上夸克组成。原子核极小,它的直径在10-12至10-13公分之间,体积只占原子体积的几千亿分之一,如果将原子比作地球,那么原子核相当于棒球场大小,而核内的夸克及电子只相当于棒球大小。原子核的密度极大,约为1014克/立方公分,原子核内有核壳层结构,称为幻核。

构成原子核的质子和中子之间存在介子,以传递原子核内巨大的吸引力-强力,强力比电磁力强137倍,故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。原子核的能量极大,当原子核发生裂变(重原子核分裂为两个或更多的核)或聚变(轻原子核相遇时结合成为重核)时,会释放出巨大的原子核能,即原子能(例如核能发电)。质子和中子及介子由价夸克(组分夸克)及诲夸克(流夸克)组成,夸克亦有层层(壳)结构,外层为横向连接的价夸克,内层为纵向叠加的诲夸克,而外层为3个横向连接的束缚态价夸克。价夸克按比例(2个上型夸克帯+2/3电荷,1个下型夸克帯-1/3电荷)分掉质子(或3夸克超子)内的整数电荷,故夸克带分数电荷。纵向叠加的诲夸克正负电荷相抵=零,原子内带正电荷的质子与带负电荷的电子数量相同,故整个原子呈电中性。

历史沿革

发现电子的约瑟夫·汤姆孙是第一位阐述原子的内部结构的人，其原子模型称为梅子布丁模型，物理学家们还发现，三种类型的辐射来自原子，它们命名为α、β和γ辐射。1911年由为莉泽·迈特纳和奥托·哈恩，由詹姆斯·查德威克在1914年发现了β衰变谱是连续而非离散3。

本质

1912年英国科学家卢瑟福根据α粒子轰击金箔的实验中，绝大多数α粒子仍沿原方向前进，少数α粒子由于撞击到了电子发生较大偏转，个别α粒子偏转超过了90°，有的α粒子由于撞上原子核所以偏转方向甚至接近180°。该试验事实确认了：原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心，这就是原子核模型的来历4。

相互作用

　图为氦原子的原子及其原子核构想图

核子之间的核力，是一种比电磁作用大得多的相互作用。原子半径很小，质子间库仑斥力很大，但原子核却很稳定。所以原子核里质子间的除了库仑斥力外还有核力。只有在2.0×10-15m的短距离内才能起到作用。

质子和质子之间、质子和中子之间、中子和中子之间都存在4。

电荷

卢瑟福实验

α粒子散射实验

卢瑟福用一束α射线轰击金属薄膜，发现有少部分α粒子大角度改变运动方向，并在此基础上提出了行星式原子结构模型：原子中存在一个带正电的核心，即原子核3。

卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆逊原子模型的有力证据。在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型。

为了要考察原子内部的结构，必须寻找一种能射到原子内部的试探粒子，这种粒子就是从天然放射性物质中放射出的α粒子。卢瑟福和他的助手用α粒子轰击金箔来进行实验，如图是这个实验装置的示意图。

在一个铅盒里放有少量的放射性元素钋（Po），它发出的α射线从铅盒的小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上。当α粒子穿过金箔后，射到荧光屏上产生一个个的闪光点，这些闪光点可用显微镜来观察。为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，整个装置放在一个抽成真空的容器内，带有荧光屏的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上移动。