Budowa jądra atomowego
Cały nasz wielki świat zbudowany jest z atomów. Atomy składają się z trzech rodzajów cząstek:
protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony upakowane są w jądrze, które zajmuje
w atomie pozycję centralną, elektrony zaś krążą wokół niego. Często wyobrażamy sobie atom jak
na rysunku obok. Przeciętna jego średnica wynosi jedną lub dwie dziesięciomiliardowe części
metra. Taki planetarny model atomu, chociaż niezbyt wiernie odzwierciedlający rzeczywistość,
jest wystarczający dla naszych celów. Patrząc na ten schematyczny rysunek pamiętajmy, że
średnica jądra atomowego jest naprawdę około 10 000 razy mniejsza od średnicy orbity
elektronu, a rozmiarów przestrzennych elektronu w ogóle nie znamy!
Jądro atomowe to centralna część każdego atomu, w której skoncentrowana jest niemal cała
masa atomu. Istnienie masywnych jąder atomowych o objętości stanowiącej tylko niewielką część
objętości całego atomu zostało stwierdzone w 1911 roku przez E. Rutherforda i
jego współpracowników. Nie znamu kształtu jądra, ale najczęściej przyjmujemy,
że jest on kulisty.
Jądro składa się z protonów (ich liczbę Z nazywa się liczbą atomową) i neutronów.
Składniki jądra czyli protony i neutrony nazywamy nukleonami (liczba A nukleonów
w jądrze zwana jest liczbą masową tego jądra. Jądra atomowe o tej samej liczbie
protonów a różnej liczbie neutronów nazywamy izotopami (jądra tego samego
pierwiastka).
Protony i neutrony jak wszystkie hadrony składają się z kwarków. Kwarki
wewnątrz protonu i neutronu oddziaływują ze sobą w wyniku oddziaływania silnego
wymieniając gluony. Oprócz tego kwarki jednego protonu mogą się "sklejać" z
kwarkami innego protonu lub neutronu co utrzymuje jądro w całości. Nazywamy to
szczątkowym oddziaływaniem silnym.
W przyrodzie występują pierwiastki zawierające w jądrze od jednego protonu (wodór) do 92
(uran) (śladowo w rudzie uranowej występuje jeszcze 93 neptun i 94 pluton). Cięższe pierwiastki
otrzymujemy sztucznie. Istnieje tylko około 270 jąder stabilnych czyli nierozpadających się.
Najcięższym takim jądrem jest bizmut o liczbie atomowej 83 i masowej 209. Pozostałe jądra są
niestabilne i ulegają rozpadowi na inne. Istnieją trzy rodzaje rozpadów: alfa, beta minus i beta plus
(na tej stronie jednak ich nie omawiamy).
Liczby Z protonów i N neutronów w jądrze atomowym są do siebie zbliżone w wypadku lekkich i
średnio ciężkich, natomiast dla jąder ciężkich N>Z. Wiąże się to z osłabieniem wiązania jąder o
zbyt dużej liczbie protonów, spowodowanym siłami odpychania kulombowskiego.