Современное представление об атоме, που επιβεβαιώνεται από τα έργα ενός μεγαλύτερου αριθμού θεωρητικών και φυσικών επιστημόνων του εικοστού αιώνα, μας επιτρέπει με υψηλό βαθμό πιθανότητας να κρίνουμε τη δομή του και την παρουσία διαφόρων στοιχειωδών σωματιδίων στη σύνθεσή του. Ο ατομικός πυρήνας είναι το κεντρικό τεράστιο μέρος του ατόμου. Αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια, συλλογικά γνωστά ως νουκλεόνια. Το μεγαλύτερο μέρος του ατόμου (99,95%) συμπυκνώνεται στον πυρήνα του. Το μέγεθός του είναι αμελητέο και το ηλεκτρικό φορτίο είναι θετικό και είναι πολλαπλάσιο της απόλυτης φόρτισης ενός ηλεκτρονίου.
Με τον αριθμό των ηλεκτρονίων ή το φορτίο ενός ατομικού πυρήνα, μπορεί κανείς να κρίνει τις μεμονωμένες ιδιότητες ενός στοιχείου. Αυτός ο αριθμός αντιστοιχεί στον σειριακό αριθμό του στο περιοδικό σύστημα.
Η ανακάλυψη του ατομικού πυρήνα είναι η αξία του Ε.Ο Rutherford, τα πειράματά του το 1911 με τη διασπορά α-σωματιδίων καθώς διέρχονται από την ύλη κατέστησαν δυνατή την περιγραφή της δομής του ατόμου με υψηλό βαθμό πιθανότητας.
Ο ατομικός πυρήνας του υδρογόνου ελήφθη ως βάση, καιτο στοιχειώδες σωματίδιο που αποτελεί τη βάση των πυρήνων άλλων χημικών στοιχείων έχει λάβει το όνομα πρωτόνιο από το 1920. Όμως, η ηλεκτρονική δομή πρωτονίων του ατόμου είχε ορισμένα μειονεκτήματα και δεν εξήγησε πολλά φυσικά φαινόμενα.
Στην περιγραφή της σύνθεσης του πυρήνα, η επιστήμη του στοιχειώδουςσωματίδια ήρθαν κοντά μετά την ανακάλυψη του νετρονίου. Το 1932, οι J. Chadwick, W. Heisenberg και D. D. Ivanenko υπέθεσαν την υπόθεση ότι υπάρχει ένα σωματίδιο με ουδέτερο φορτίο στον πυρήνα. Και το δομικό υλικό από το οποίο αποτελείται ο ατομικός πυρήνας είναι πρωτόνια και νετρόνια. Ο αριθμός των νουκλεονίων καθορίζει τον αριθμό μάζας ενός στοιχείου.
Ουσίες με τον ίδιο αριθμό πρωτονίωνστον πυρήνα (πυρηνικό φορτίο) ονομάζονται ισότοπα. Οι ισοτόνες είναι ουσίες που έχουν τον ίδιο αριθμό νετρονίων. Ουσίες με τον ίδιο αριθμό νουκλεονίων είναι ισοβάρες.
Η φυσική του ατομικού πυρήνα προϋποθέτει την παρουσία περισσότερωνμικρά σύνθετα «δομικά στοιχεία» για νετρόνια και πρωτόνια. Τα κουάρκ, τα γλουόνια, τα μεσονικά πεδία αποτελούν ένα πολύπλοκο σύστημα - τον ατομικό πυρήνα. Η περαιτέρω περιγραφή των πολύπλοκων συσχετισμών των στοιχειωδών σωματιδίων γίνεται με την κβαντική χρωμοδυναμική.
Ρωτώντας το πρόβλημα της σταθερότητας του πυρήνα, τη σύνθεσηπου περιλαμβάνει τόσο σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο (νετρόνια) όσο και θετικά φορτισμένα πρωτόνια, οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι υπάρχουν πυρηνικές δυνάμεις που δρουν ειδικά στον πυρήνα, οι οποίες διαφέρουν τόσο από τις ηλεκτρομαγνητικές όσο και από τις βαρυτικές.
Η επιρροή αυτών των δυνάμεων περιορίζεται αυστηρά από απόσταση, είναι μικρής εμβέλειας και περιορίζεται σε μια μικρή ακτίνα δράσης.
Οι πυρηνικές δυνάμεις δείχνουν αρκετάανεξαρτησία. Εξίσου προσελκύονται απόλυτα διαφορετικά σωματίδια. Αυτό το φαινόμενο εκδηλώνεται με σαφήνεια κατά τη σύγκριση των δεσμευτικών ενεργειών των πυρήνων του καθρέφτη. Αυτό το όνομα δόθηκε σε πυρήνες με τον ίδιο αριθμό νουκλεονίων, αλλά ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα αντιστοιχεί στον αριθμό των νετρονίων στο άλλο και αντίστροφα. Ένα παράδειγμα θα ήταν οι πυρήνες του ηλίου και του τριτίου (βαρύ υδρογόνο).
Επίσης, συμβαίνουν ασυνήθιστα φαινόμενα στη διαδικασίασχηματισμός πυρήνων. Εάν υπολογίσουμε τη μάζα του πυρήνα και χωριστά τις μάζες των στοιχείων που το συνθέτουν, τότε η μάζα του πυρήνα θα είναι μικρότερη. Ένα παρόμοιο αποτέλεσμα εξηγείται από την απελευθέρωση ενέργειας στη διαδικασία της πυρηνικής σύνθεσης, η οποία ονομάζεται δεσμευτική ενέργεια των ατομικών πυρήνων. Αριθμητικά, μπορεί να προσδιοριστεί με τον υπολογισμό του ποσού της εργασίας που θα πρέπει να γίνει για να χωριστεί ο πυρήνας στα συστατικά του στοιχεία (νουκλεόνια) χωρίς να τους δοθεί κάποια κινητική ενέργεια.
Από αυτή την άποψη, η έννοια της συγκεκριμένηςδεσμευτικές ενέργειες του πυρήνα. Υπολογίζεται σε αριθμητικό ισοδύναμο ανά νουκλεόνιο, το οποίο είναι κατά μέσο όρο 8 MeV / νουκλεόνιο. Με αύξηση του αριθμού νουκλεονίων στον πυρήνα, η ενέργεια σύνδεσης μειώνεται.
Η αναλογία του αριθμού των πρωτονίων και των νετρονίων χρησιμοποιείται ως κριτήριο για τη σταθερότητα των ατομικών πυρήνων.
