هسته اتم

هستهٔ اتم ناحیه ای با جرم بالا است که پروتون ها و نوترون ها در آن قرار گرفته اند. اندازهٔ هسته از اندازهٔ خود اتم بسیار کوچک تر است و تقریباً تمام جرم اتم که از ذرات پروتون و نوترون سبب می شود، در این ناحیه قرار دارد.
هسته اولین بار توسط ارنست رادرفورد و در سال ۱۹۱۱ کشف شد. او یک ورق طلا را مورد بمباران پرتو آلفا قرار داد. طبق نظر تامسون باید تمام پرتو یا بازمی گشت یا عبور می کرد اما بعضی از پرتوها عبور کرده و بعضی از پرتوها به شدت بازگشتند و برخی دیگر با زوایای مختلف از مسیر منحرف شدند؛ پس او اینگونه نتیجه گرفت که جرم بسیار چگال و با بار مثبت ( زیرا پرتو آلفا ۲ بار مثبت دارد ) و متمرکز در محلی از اتم قرار دارد که بررسی های دقیقتر این محل را مرکز اتم مشخص نمود. نام این محل هسته گذاشته شد. [ ۱]
اندازهٔ هسته ها ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ برابر کوچک تر از اندازهٔ اتم ها هستند. در عین حال بیش از ۹۹٪ جرم اتم را تشکیل می دهند. هسته از هستک های ( نوکلئون های ) نوترون و پروتون تشکیل شده که گشتاور مغناطیسی دارند و ساکن نیستند. آزمایش ها نشان می دهد که هسته به شکل تقریبی کروی یا بیضوی از مرتبهٔ فرمی ( فمتو متر ) است که عملاً چگالی آن برای تمام هسته ها ثابت است. اندازهٔ هسته بسته به تعداد هسته ها از رابطهٔ زیر به دست می آید:
که
r 0 ≈ 1. 1 − 1. 4 ⋅ 10 − 15   m
چگالی بار الکتریکی هسته از مرکز به شعاع تا نزدیکی شعاع R_n تقریباً ثابت است و سپس با شیب تند زیر صفر می شود:
ρ ( r ) = ρ 0 1 + exp ⁡ ( r − R n 0. 228 a )
که تقریبی برای هسته های کروی — هسته هایی که لایه ظرفیتشان پر است — است و برای دیگر هسته ها اختلاف بیشتر است.
هسته ها به دلایلی مانند دافعهٔ پروتون ها نمی توانند به راحتی هر ترکیبی از نوترون و پروتون را داشته باشند و در نسبت هایی پرتوزا یا ناپایدارند. همچنین هسته یا هست ها به تنهایی خارج از اتم ناپایدارند. به عنوان مثال، نوترون تنها با رابطهٔ زیر با نیمه عمر حدود ۱۲ دقیقه واپاشی می کند:
n 0 → p + + e − + ν ¯ e
با این حال، وقتی در هسته قرار دارد یا در نزدیکی هسته است، با توجه به این که هست ها هم از ذرات دیگری با علامت مثبت منفی و خنثی تشکیل شده اند، با رابطه های زیر با یکدیگر تبادل دارند: