Будова атомного ядра: історія вивчення та сучасні характеристики
Будова атомного ядра становить один з найпринциповіших питань сучасної науки. Постійно вироблені в цій області експерименти дозволили вченим не тільки з високим ступенем точності визначити, що з себе представляє атом, але й активно використовувати отримані знання в різних галузях промисловості і при створенні новітніх зразків озброєння.
Питання про будову всього сущого на планеті цікавив учених з незапам'ятних часів. Так, ще в Стародавній Греції частина вчених вважала, що за своєю будовою матерія єдина і неподільна, а їхні опоненти наполягали, що матерія ділена і складається з найдрібніших частинок - атомів, тому властивості різних предметів так відрізняються один від одного.
Прорив у вивченні будови молекул стався в XVIII столітті, коли в роботах М.В. Ломоносова, Л. Лавуазьє, Д. Дальтона, А. Авогадро були закладені основи атомно-молекулярної теорії, згідно з якою все в природі складається з молекул, а ті, в свою чергу, з неподільних частинок - атомів, взаємодія яких один з одним і визначає основні властивості тих чи інших речовин.
Новий етап у вивченні будови молекул і атомів настав наприкінці XIX століття, коли Е. Резерфордом і рядом інших вчених були зроблені відкриття, в результаті яких будову атома і атомного ядра постало в зовсім новому світлі. Так, виявилося, що атом зовсім не є неподільною часткою, навпаки, він складається з ще більш дрібних компонентів - ядра і електронів, які рухаються навколо нього по хитромудрим орбітах. Загальна нейтральність атома привела до висновку про те, що електрони, що мають негативний заряд, повинні врівноважуватися елементами з позитивним зарядом. Як виявилося згодом, такі елементи дійсно існують: вони отримали назву?-Частинок, або протонів.
Сучасні наукові знання дозволяють стверджувати, що будова атомного ядра набагато складніше, ніж це уявлялося навіть сто років тому. Так, на сьогоднішній день відомо, що ядро атома включає в себе не тільки протони, але й частки, що не володіють зарядом - нейтрони. У сукупності протони з нейтронами називаються нуклонами. Так як маса нейтрона всього на 0,14% перевищує масу протона, то зазвичай при розрахунках цією різницею нехтують.
Розміри ядра знаходяться в межах 10-12 і 10-13 см. При цьому, незважаючи на те, що саме в ядрі зосереджено більше 95% маси атома, розміри самого атома в сто тисяч разів перевищують розміри ядра.
Основні кількісні характеристики, які характеризують будову атомного ядра, можна витягти з періодичної таблиці Д.І. Менделєєва. Як відомо, кількість протонів в ядрі дорівнює сумі обертаються навколо нього електронів і відповідає порядковому номеру в таблиці елементів. Для того щоб дізнатися кількість нейтронів, необхідно із загальної маси елемента відняти порядковий номер і округлити до цілого числа. Речовини, у яких число протонів збігається, а кількість нейтронів різному, називаються ізотопами.
Одним з найважливіших питань, яким задавалися вчені, які вивчали будову ядра, було питання про сили, що утримують протони, адже, володіючи однаковим зарядом, вони повинні відштовхуватися. Як показали дослідження, відстані між протонами в ядрі настільки малі, що відштовхування між ними просто не виникає. Більш того, Біон, які розташовуються між протонами, сприяють тісній взаємодії та постійному тяжінню останніх один до одного.
Будова атомного ядра ще таїть в собі безліч загадок. Їх розгадка не тільки допоможе людству краще пізнати пристрій навколишнього світу, а й зробити якісний прорив у науці і техніці.