原子核 強い力によって一緒に保持された陽子と中性子を含む原子の小さくて密なコアです。集合的に、原子核内の陽子と中性子は核子と呼ばれます。原子核内の陽子の数は、原子の元素を識別します。元素がわかれば、核内の中性子の数からその同位体が特定されます。
- 原子核は陽子と中性子で構成されています。
- 原子核は正の電荷を持っています。
- 核組成は、原子の元素 (陽子の数) と同位体 (中性子の数) を決定します。
- 核は非常に小さくて密度が高い。原子質量のほぼすべてを占めていますが、その体積はほとんどありません。
語源
nucleus という言葉は、ラテン語の nucleus に由来します。 、これは「カーネル」または「ナッツ」を意味します。マイケル・ファラデーは 1844 年に原子の中心を原子核と呼び、ラザフォードは 1912 年にこの用語を使用しました。しかし、他の科学者はすぐにそれを採用せず、数年間原子核を核と呼んでいました。
歴史
1911 年のアーネスト ラザフォードによる原子核の発見は、1909 年のガイガー マースデン金箔実験に端を発しています。金箔の実験では、アルファ粒子 (ヘリウム原子核) を金の薄いシートに向けて発射しました。アルファ粒子が金を容易に通過する場合、J. J. トムソンの原子の「プラム プディング モデル」をサポートすることになります。しかし、アルファ粒子の多くはフォイルから跳ね返されました。つまり、原子は正電荷と負電荷の別々の領域で構成されています。
1932 年の中性子の発見により、原子核の性質がよりよく理解されるようになりました。 Dmitri Ivanenko と Werner Heisenberg は、負に帯電した電子の雲に囲まれた正に帯電した原子核を持つ原子のモデルを提案しました。
原子核には何が含まれていますか?
原子核は、陽子と中性子で構成されています。陽子と中性子は、クォークと呼ばれる素粒子でできています。クォークは、別の種類の素粒子 (グルオン) を交換します。この交換は、核内で粒子を結合する強力な力です。強い力は短い範囲で作用しますが、プラスに帯電した陽子間の静電反発力よりも強力です。
通常、陽子や中性子は粒子と考えがちですが、波の性質も持っています。陽子と中性子は異なる量子状態を持っているため、同じ空間波動関数を共有できます。実際には、2 つの陽子、2 つの中性子、または陽子と中性子が核子を形成し、2 つの粒子が同じ空間を共有します。
自然界では観察されませんが、高エネルギー物理学の実験では、ハイペロンと呼ばれる第 3 のバリオンが報告されることがあります。ハイペロンは、陽子や中性子によく似た亜原子粒子ですが、ストレンジ クォークが 1 つ以上含まれている点が異なります。
電子は原子核から離れて散乱するため、通常、原子核には電子が含まれていません。ただし、特定の領域で電子を見つける確率を表す波動関数は、原子核を通過します。
原子核の大きさは?
原子核は非常に小さいですが、非常に密度が高いです。原子の体積の 10 兆分の 1 未満ですが、原子の質量の約 99.9994% を占めます。別の言い方をすれば、サッカー場の大きさの原子はエンドウ豆の側面に核を持っています.
原子核の平均サイズは、1.8 × 10 m (水素) から 11.7 × 10 m (ウラン) の範囲です。対照的に、原子の平均サイズは、52.92 x 10 m (水素) から 156 x 10 m (ウラン) の範囲です。これは、水素では約 60,000 倍、ウランでは 27,000 倍の違いです。
原子核の形は?
通常、原子核の形は円形または楕円形です。ただし、他の形状が発生します。現在までに観察された核の形状は次のとおりです:
- 球形
- 変形したプロレート (ラグビー ボールのような)
- デフォルメオブラート（円盤のように）
- トライアキシャル (ラグビー ボールと円盤を組み合わせたようなもの)
- 洋ナシ形
- ハロー形状 (過剰な陽子または中性子のハローに囲まれた小さなコア)
モデル
原子図は通常、原子核を電子を周回する同じサイズの陽子と中性子のクラスターとして表します。もちろん、これは単純化しすぎです。原子核には複数のモデルがあります:
- クラスター モデル :クラスター モデルには、陽子と中性子がグループ化された、図に示されているモデルが含まれます。最新のクラスター モデルはより複雑で、2 体および 3 体のクラスターがより複雑な核構造を形成しています。
- 液滴モデル :このモデルでは、核は回転する液滴として機能します。このモデルは原子核のサイズ、組成、結合エネルギーを説明しますが、陽子と中性子の「魔法数」の安定性は説明しません。
- シェル モデル :このモデルは、核子が軌道を占有する電子の構造によく似た核子の構造を表示します。陽子と中性子を軌道に配置すると、モデルが安定した構成を可能にするため、魔法数をうまく予測できます。閉じた核殻の外での核の挙動について議論するとき、殻モデルは崩壊します。
参考文献
- Cook, N.D. (2010). 原子核のモデル (第 2 版)。スプリンガー。 ISBN 978-3-642-14736-4.
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- クレイン、K.S. （1987）。 核物理入門 .ワイリー-VCH。 ISBN 978-0-471-80553-3.
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