Vidi kôd stranice Atomska jezgra

[[datoteka:Helium atom QM.svg|mini|250px|desno|Prikaz atoma [[helij]]a s oblakom [[elektron]]a u nijansama sive. U jezgri su dva [[proton]]a i dva [[neutron]]a prikazana crveno i plavo.]]

[[datoteka:Carbon-atom.jpg|mini|250px|desno|1/12 mase [[atom]]a [[ugljik]]a <sup>12</sup>C je danas [[atomska jedinica mase]].]]

[[datoteka:Fission chain reaction.svg|250px|mini|desno|Jedna od mogućih [[Nuklearna lančana reakcija|nuklearnih fisijskih lančanih reakcija]]: 1.) atom [[uranij]]a-235 hvata spori [[neutron]] i raspada se na dva nova atoma (fisioni fragmenti – [[barij]]-141 i [[kripton]]-92), oslobađajući 3 nova neutrona i ogromnu količinu energije vezanja (200 MeV), što prestavlja u ovom slučaju [[defekt mase]]. 2.) jedan od tih neutrona bude uhvaćen od atoma uranija-238 i ne nastavlja reakciju. Drugi neutron napušta sustav bez da bude uhvaćen. Ipak, jedan od neutrona se sudara s novim atomom uranija-235, koji se raspada na dva nova atoma (fisioni fragmenti), oslobađajući 3 nova neutrona i ogromnu količinu energije vezanja (200 MeV), što je opet [[defekt mase]]. 3.) dva se neutrona sudaraju s dva atoma uranija-235 i svaki se raspada i nastavlja reakciju.]]

[[datoteka:Binding energy curve - common isotopes.svg|mini|desno|250px|[[Nuklearna energija vezanja]] po [[nukleon]]u za neke [[izotop]]e.]]

[[datoteka:Activity decay.svg|mini|desno|250px|[[Radioaktivnost]] u funkciji [[Vrijeme (fizika)|vremena]]; vrijeme poluraspada ''T<sub>½</sub> = ln(2) ∙ τ'', gdje je ''τ''  srednje vrijeme života [[radionuklid]]a.]]

[[datoteka:Stdef2.png|250px|desno|mini|Model tekuće kapljice atomske jezgre.]]

[[datoteka:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schematic.svg|mini|desno|450px|Tri prirodna [[izotop]]a [[vodik]]a, koji se razlikuj po broju [[neutron]]a u atomskoj jezgri. S lijeva na desno: procijum <sup>1</sup>H je bez neutrona, [[deuterij]] <sup>2</sup>H s jednim neutronom i tricij <sup>3</sup>H s dva neutrona.]]

[[datoteka:Rutherford atomic planetary model.svg|mini|desno|250px|[[Rutherfordov model atoma]] ili planetarni model atoma: [[elektron]]i (zeleno) i atomska jezgra  (crveno).]]

[[datoteka:AlphaTrackRutherfordScattering3.jpg|mini|desno|250px|U [[Maglena komora|maglenoj komori]], [[alfa-čestica]] energije 5,3 M[[eV]] iz izvora olova-210 u blizini točke 1 prolazi kroz [[Rutherfordovo raspršenje]] u blizini točke 2, odstupajući pod kutom od oko 30°. Još jednom se raspršuje blizu točke 3 i konačno se odmara u plinu. Ciljana atomska jezgra u plinu mogla je biti jezgra [[dušik]]a, [[kisik]]a, [[ugljik]]a ili [[vodik]]a. Pri elastičnom sudaranju dobio je dovoljno kinetičke energije da uzrokuje kratki vidljivi tragu blizini točke 2 (ljestvica je u centimetrima).]]

[[datoteka:Wilsonova komora 1.jpg|mini|desno|250px|[[Wilsonova komora]]: 1. [[bljeskalica]], 2. [[Leća (optika)|leća]], 3. [[staklo|stakleno]] kućište, 4. [[fotoaparat]], 5. prostor komore, 6. [[Kondenzacijske jezgre|kondenzacijska jezgra]], 7. pokretna [[membrana]], 8. [[Klip stroja|klip]].]]

[[datoteka:Li6-D Reaction.svg|250px|mini|desno|250px|[[Nuklearna reakcija]] u kojoj [[deuterij]] bombardira [[litij]]-6, a nastaju dvije [[alfa-čestica|alfa-čestice]] ([[proton]]i su prestavljeni crvenim kuglicama, a [[neutron]]i plavim kuglicama).]]

[[datoteka:Isotopes and half-life.svg|mini|desno|250px|[[Vrijeme poluraspada]] [[radioaktivnost|radioaktivnih]] izotopa ili [[radionuklid]]a. Treba zapaziti da se teoretska linija za stabilne isotope ''Z'' = ''N'' (''Z'' – [[atomski broj]] i ''N'' - [[neutronski broj]]), razdvaja od stvarnog odnosa atomskog broja i neutrona, što znači da se s povećanjem atomskog broja, povećava i nestabilnost atomskih jezgri.]]

[[datoteka:EffetTunnel.gif|mini|desno|250px|Budući da [[polumjer]] atomske jezgre iznosi oko 10<sup>-15</sup> [[metar|m]], a brzina alfa-čestice koja se u njemu kreće iznosi oko 10<sup>6</sup> m/[[sekunda|s]], izlazi da alfa-čestica dolazi do vanjske površine približno 10<sup>6</sup>/10<sup>-15</sup> = 10<sup>21</sup> puta u sekundi, odnosno da ona pobjegne iz jezgre nakon 10<sup>21</sup> pokušaja. To je u stvari bit [[Tuneliranje|tuneliranja]] ili tunelskog učinka.]]

'''Atomska jezgra''' ili '''jezgra atoma''' nalazi se u središtu [[atom]]a i čini 99,9% njegove [[masa|mase]], a zauzima samo oko 10<sup>–14</sup> [[volumen]]a (obujma) atoma. Na primjer kada bi atom bio [[kugla]] [[promjer]]a 6 [[kilometar]]a, atomska jezgra bi bila veličine [[tenis]]ke [[Lopta|loptice]]. Svi sastavni dijelovi u atomu u neprestanu su [[gibanje|gibanju]]. Jezgra se sastoji od [[Električni naboj|električki pozitivno nabijenih]] [[proton]]a i neutralnih [[neutron]]a. Promjer atomske jezgre je od 1,75 · 10<sup>–15</sup> [[metar]]a ([[vodik]]ova jezgra) do 15 · 10<sup>–15</sup> metara ([[uranij]]eva jezgra). Protoni i neutroni su u jezgri stopljeni zajedno djelovanjem privlačne [[Jaka nuklearna sila|nuklearne, odnosno jake sile]]. Protoni i neutroni sastavljeni su od triju još manjih čestica, [[kvark]]ova. <ref> '''atom''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=4472] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref> 

Ukupni naboj same jezgre je pozitivan i ovisi o broju [[proton|protona]]. U [[periodni_sustav_elemenata|periodnom sustavu elemenata]] atomi su poredani upravo po broju [[proton|protona]] u jezgri, odnosno [[atomski_broj|atomskom broju]] koji je naznačen u lijevom donjem indeksu (na primjer <sub>1</sub>H). Zbroj masa [[proton|protona]] i [[neutron|neutrona]] naziva se [[relativna atomska masa]], izražen je u jedinici unificirane atomske mase ''u'' i naznačen je u lijevom gornjem indeksu (na primjer <sup>1,008</sup>H), dok se zbroj protona i neutrona naziva [[maseni broj|maseni (nukleonski) broj]], a označava se sa ''A''.

== Osnovne veličine ==
=== Atomski broj ===
{{glavni|Atomski broj}}

'''Atomski broj''' (oznaka ''Z'') je broj protona u atomskoj jezgri, određuje svojstva atoma.

=== Neutronski broj ===
{{glavni|Neutronski broj}}

'''Neutronski broj''' (oznaka ''N'') je broj neutrona u atomskoj jezgri. Može biti različit u jezgrama istoga [[kemijski element|kemijskog elementa]] (takve se jezgre nazivaju [[izotop]]nima).

=== Maseni broj ===
{{glavni|Maseni broj}}

'''Maseni broj''' (oznaka ''A'') je ukupan broj protona i neutrona ([[nukleon]]a) u atomskoj jezgri.
:<math> A = P + N </math>

=== Defekt mase ===
{{glavni|Defekt mase}}

'''Defekt mase''' je razlika između zbroja masa slobodnih nukleona od kojih se jezgra sastoji i mase jezgre, odgovara ekvivalentnoj energiji vezanja nukleona.

=== Energija vezanja po nukleonu ===
{{glavni|Energija vezanja|Nuklearna energija vezanja}}

'''Energija vezanja''' po [[nukleon]]u razlikuje se od jezgre do jezgre i određuje krivulju stabilnosti ovisno o masenome broju elementa (prema energiji vezanja po nukleonu mogu se predvidjeti [[Nuklearna fuzija|fuzijski]] procesi na malim vrijednostima i [[Nuklearna fisija|fisijski]] na velikim vrijednostima masenoga broja). [[Energija]] [[Sunčevo zračenje|Sunčeva zračenja]] oslobađa se u efektivnoj pretvorbi četiriju protona u jezgru [[helij]]a (fuzijom [[kilogram]]a [[vodik]]a u nešto manje od kilograma helija oslobađa se energija od 6 · 10<sup>14</sup> [[džul|J]]).

=== Konstanta raspada ===
{{glavni|Konstanta raspada}}

'''Konstanta raspada''' opisuje brzinu raspadanja atomskih jezgara ili [[Subatomska čestica|subatomskih čestica]] u nekom uzorku [[Radionuklid|radioaktivne tvari]].

=== Vrijeme poluraspada ===
{{glavni|Vrijeme poluraspada}}

'''Vrijeme poluraspada''' je [[Vrijeme (fizika)|vrijeme]] potrebno da se raspadne polovica nestabilnih atomskih jezgara ili subatomskih čestica u nekom uzorku radioaktivne tvari.

== Modeli atomske jezgre ==

=== Model kapljice ===
'''Model kapljice''' opisuje atomsku jezgru kao kap nestlačivoga nuklearnoga [[fluid]]a velike [[gustoća|gustoće]]. Predložio ga je [[George Gamow|G. Gamow]] (1931.), a razvio [[Niels Bohr|N. Bohr]]. Analogan je modelu kapljice [[tekućine]] koju čine [[molekule]]. Stabilnost atomske jezgre ovisi o obliku kapi, a energija proizlazi od [[Površinska napetost|površinske napetosti]] i električnog odbijanja među protonima. Model objašnjava kuglasti oblik većine jezgri i pomaže predvidjeti energiju nuklearnog vezivanja. Tako su [[Hans Albrecht Bethe|H. A. Bethe]] i [[Carl Friedrich von Weizsäcker|C. F. von Weizsäcker]] na temelju modela kapljice tekućine (1935) izračunali energiju vezanja nukleona i objasnili [[nuklearna fuzija|nuklearnu fuziju]] atomskih jezgri u [[zvijezda]]ma.

=== Model ljusaka ===
'''Model ljusaka''' opisuje jezgru atoma kao da je izgrađena od međusobno neovisnih ljusaka protona i neutrona djelomično analognih ljuskama koje opisuju raspored [[elektron]]a u atomu. Razvila ga je [[Maria Goeppert-Mayer|M. Goeppert-Mayer]] (1949.). Stabilnost jezgre ovisi o broju [[nukleon]]a, a najstabilnije su jezgre punih ljusaka koje imaju [[magični broj]] protona i neutrona. One su i sferno simetrične. Nuklearna deformacija u modelu ljusaka je odstupanje jezgre od sferične ili osne simetrije; povezana je s kolektivnim gibanjima nukleona. Ona dovodi do pobuđenja [[Valencija (kemija)|valentnih]] nukleona, ali i do [[dinamika|dinamičkih]] [[deformacija]] ([[vibracije|vibracija]]) te [[statika|statičkih]] deformacija ([[rotacija]]). Za razvoj modela deformiranih jezgri zaslužni su [[Gaja Alaga|G. Alaga]] te [[Aage Niels Bohr|A. N. Bohr]], [[Ben Roy Mottelson|B. R. Mottelson]] i [[James Rainwater|J. Rainwater]].

=== Kromodinamički model ===
'''Kromodinamički model''' atomske jezgre u [[kvantna kromodinamika|kvantnoj kromodinamici]] je nakupina nukleona povezanih [[Jaka nuklearna sila|jakom nuklearnom silom]] zaostalom od [[jako međudjelovanje|jakog međudjelovanja]] među [[kvark]]ovima unutar pojedinih nukleona. Jaka nuklearna sila ne ovisi o [[električni naboj|električnome naboju]] nukleona, to jest iste je jakosti između bilo koja dva nukleona (protona i protona, neutrona i neutrona ili protona i neutrona). <ref> '''nuklearna fizika''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=4472] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.</ref>

== Atomska teorija ==
{{glavni|Atomska fizika}}

U atomskoj teoriji [[materija|materije]], [[atom]] se sastoji od atomske jezgre oko koje kruže [[elektron]]i. Danas je općenito priznato mišljenje da se atomska jezgra svih [[Kemijski element|kemijskih elemenata]] sastoji od pozitivno nabijenih [[proton]]a i [[neutron]]a koji nemaju [[električni naboj]]. Čestice koje se nalaze u atomskoj jezgri, to jest protoni i neutroni, zovu se zajedničkim imenom [[nukleon]]i ([[Latinski jezik|lat]]. ''nucleus'': jezgra). Neutron ima [[masa|masu]] gotovo jednaku masi protona. Proton je jezgra [[vodik]]ovog atoma, pa mu je masa jednaka masi atoma vodika. Broj protona u atomskoj jezgri koji se zove [[atomski broj]], jednak je njezinom [[električni naboj|električnom naboju]] i uvijek odgovara rednom broju kemijskog elementa u [[Periodni sustav elemenata|periodnom sustavu]]. Dakle atomskim brojem određena je vrsta kemijskog elementa. 

U neutralnom atomu broj elektrona što kruže oko jezgre jednak je broju protona u jezgri. Pozitivan naboj jednog protona jednako je velik kao negativan naboj elektrona. 1869. ruski kemičar [[Dmitrij Ivanovič Mendeljejev|D. I. Mendeljejev]] otkrio je zakonitost ponavljanja kemijskih svojstva elemenata kod povećanja njihove atomske mase. On je tada sve poznate elemente poredao po rastućim atomskim masama jedan iznad drugoga i sastavio periodičku tablicu. Mendeljejev je dokazao da svaki kemijski element ima određen sastav atoma koji označuje atomska masa i mjesto u periodnom sustavu elemenata. 

Broj protona ''P'' i neutrona ''N'' u jezgri određuje atomsku masu ''A'' određenog elementa, to jest:

:<math> A = P + N </math>

i zove se [[maseni broj]] atoma. Na primjer jezgra [[helij]]a sastoji se od dva protona i dva neutrona. Prema tome je [[električni naboj]] jezgre i [[Atomski broj|redni broj]] helija 2, a [[relativna atomska masa]] 4. Oko atomske jezgre kruže negativno nabijeni elektroni, a broj elektrona jednak je broju protona u jezgri. 

No kod istog broja protona u jezgri mogu postojati različite količine neutrona. Dva atoma koji imaju isti broj protona, a različiti broj neutrona, imaju skoro ista kemijska svojstva i isti redni broj, ali različite atomske mase. Takvi se elementi koji imaju isti redni broj, a različitu atomsku masu, zovu izotopi. Tako na primjer postoji [[klor]] koji ima redni broj 17, to jest njegova jezgra sadrži 17 protona, dok mu je atomska masa 35, što znači da jezgra njegova atoma sadrži 18 neutrona (17 + 18 = 35). Međutim, postoji i klor s atomskom masom 37, to jest jezgra njegova atoma sadrži 20 neutrona (17 + 20 = 37). Običan klor koji se nalazi u spojevima u prirodi ima atomsku masu 35,46, što znači da je on smjesa tih dvaju izotopa koji su u njemu zastupani u omjeru 3 : 1, to jest:

:<math> \frac{\mathrm{3 \cdot 35 + 1 \cdot 37}}{\mathrm{4}} = \mathrm{35,5} </math>

Prvi izotop klora pišemo simbolički <sub>17</sub>Cl<sup>35</sup>, a drugi <sub>17</sub>Cl<sup>37</sup>. Gornji broj uz kemijski simbol elementa znači relativnu atomsku masu tog elementa, a donji - broj protona u jezgri tog elementa, odnosno njegov redni broj. I [[vodik]] ima svoje izotope: <sub>1</sub>H<sup>1</sup> obični vodik, <sub>1</sub>H<sup>2</sup> teški vodik ili [[deuterij]] i <sub>1</sub>H<sup>3</sup> [[tricij]]. 

Ovakvi izotopi nađeni su gotovo kod svih kemijskih elemenata. Tako [[uranij]], koji je najvažniji u dobivanju [[nuklearna energija|nuklearne energije]], ima 5 izotopa. Uranij ima redni broj 92, a njegovi izotopi imaju atomske mase 234, 235, 237, 238 i 239. U prirodnom uraniju najjače je zastupljen izotop s atomskom masom 238. Ima ga 137 puta više nego izotopa s atomskom masom 235. Ostalih njegovih izotopa ima još i manje. Izotopi se danas vrlo mnogo primjenjuju u medicini, tehnici i privredi, a naročito su veoma važni u proizvodnji nuklearne energije. Odjeljivanje izotopa vrši se centrifugiranjem, destilacijom, difuzijom i tako dalje. 

Da se jezgra atoma koja se sastoji od pozitivno nabijenih protona ne razleti, jer se istoimeni električni naboji međusobno odbijaju, uzrok su privlačne sile koje vladaju, između protona i neutrona. To su takozvane sile jezgre ili [[osnovne sile]] koje, iako su vrlo velike, djeluju samo na vrlo male daljine, to jest u dimenzijama atomske jezgre. Tumačenje tih sila spada danas u glavne probleme atomske fizike. <ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Sastav atomskih jezgara ==
{{glavni|Rutherfordovo raspršenje}}

Iskustvena potvrda [[Ernest Rutherford|Rutherfordove]] jednadžbe, učvrstila je pretpostavku da između [[alfa-čestica]] i atomskih jezgara vladaju poznate [[Coulombov zakon|Coulombove sile]]. Na osnovu toga može se proračunati kako blizu jezgri dopre alfa-čestica koja se otklanja pod određenim kutom. Čestice vrlo velikih [[brzina]] mogu doći sasvim blizu tako da je ispitana Coulombova sila sve do udaljenosti 10<sup>-14</sup> [[metar]]a. Dođu li izvanredno brze alfa-čestice još na veću blizinu atomskoj jezgri, slika sa pokusa ne proizlazi više iz odbojnog Coulombova potencijala. Između alfa-čestica i jegri javljaju se nove sile, koje znatno prevladavaju Coulombov električni potencijal. Po Rutherfordu možemo kao polumjer atomske jezgre odrediti onu udaljenost kod koje prestaje između alfa-čestica i atomske jezgre vrijediti Coulombova odbojna sila. Taj polumjer iznosi za najteže atomske jezgre oko 10<sup>-14</sup> metara. 

Bez obzira na to kakve su sile između atomskih jezgara na velikim i malim udaljenostima, osnovno načelo [[mehanika|mehanike]]: [[Zakon očuvanja energije|zakon o održanju impulsa i energije]], moraju vrijediti za sve [[sraz]]ove. Predočimo sebi alfa-česticu, koja udari o neku drugu atomsku jezgru. Prije sraza ima alfa-čestica [[impuls sile]] ''m''<sub>1</sub>∙''v'', gdje je ''m''<sub>1</sub> [[masa]] alfa-čestice, a ''v'' njena [[brzina]] prije sraza. Kad udari u atomsku jezgru, prenosi dio svojeg impulsa i poprima impuls ''m''<sub>1</sub>∙''v''’. Po zakonu o održanju impulsa mora impuls alfa-čestice prije sraza biti jednak zbroju impulsa obiju čestica poslije sraza:

:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' + m_{2} \cdot v'' </math>

Ovu vektorsku jednadžbu možemo pisati u komponentama u smjeru osi ''y'' i ''x'':

:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' \cdot \cos \theta_1 + m_{2} \cdot v'' \cdot \cos \theta_2 </math>

:<math> 0 = m_{1} \cdot v' \cdot \sin \theta_1 - m_{2} \cdot v'' \cdot \sin \theta_2 </math>

Od prvobitnog smjera otklonjena je alfa-čestica za kut ''θ<sub>1</sub>'', a jezgra za kut ''θ<sub>2</sub>''. Prva nam je jednadžba sistema kaže da je prvobitni impuls alfa-čestice jednak zbroju impulsa obiju čestica u prvobitnom smjeru. Druga jednadžba kaže da se impulsi obiju čestica, okomiti na prvobitni smjer, poništavaju. 

Prema zakonu o održanju energije mora [[kinetička energija]] alfa-čestica prije sraza biti jednaka zbroju kinetičkih energija obiju čestica poslije sraza:

:<math> \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v^2 = \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v'^2 + m_{2} \cdot v''^2 </math>

Srazove između alfa-čestica i jezgri možemo motriti u [[Maglena komora|Wilsonovoj komori]]. Alfa-čestice poznate brzine dolaze do [[radioaktivnost|radioaktivne tvari]] i prolaze kroz plin komore. Tad se često opazi da se staza neke alfa-čestice savije, a od mjesta pregiba odleti druga čestica. Brzine obiju čestica mogu se izmjeriti, a isto tako i kutovi njihovih staza s prvobitnim smjerom. Unesu li se vrijednosti iz pokusa za ''v''’, ''v''”, ''θ<sub>1</sub>'' i ''θ<sub>2</sub>'' u jednadžbu impulsa i energije, uvijek se nalazi da su jednadžbe ispunjene. Zakoni o održanju impulsa i energije vrijede strogo za sve srazove. 

Brzine čestica nakon sraza dadu se mjeriti pomoću savijanja u magnetskom polju ili iz duljine i debljine staze. Ali one se mogu i ukloniti iz zadnje dvije jednadžbe. Tad nam preostaje još jedna jednadžba, u kojoj dolaze mase čestica i kutovi otklona:

:<math> m_2 = m_1 \cdot \frac{\sin \theta_1}{\sin (\theta_1 + 2 \cdot \theta_2)} </math>

Iz te jednadžbe može se prema izmjerenim kutovima ''θ<sub>1</sub>'' i ''θ<sub>2</sub>'' izračunati masa udarene jezgre. Ta je metoda vrlo prikladna da se ustanovi koja je atomska jezgra u Wilsonovoj komori zadobila udarac.

Često je najzgodnije da se promatraju središnji srazovi. Tad alfa-čestica i jezgra lete u prvobitnom smjeru. U gornjim jednadžbama moramo staviti ''θ<sub>1</sub>'' = 0 i ''θ<sub>2</sub>'' = 0. Iz zakona o održanju impulsa i energije:

:<math> m_{1} \cdot v = m_{1} \cdot v' + m_{2} \cdot v'' </math>

:<math> \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v^2 = \frac{1}{2} \cdot m_{1} \cdot v'^2 + m_{2} \cdot v''^2 </math>

možemo isključivanjem odmah izračunati brzinu koju dobiva atomska jezgra pri srazu:

:<math> v'' = \frac{2 \cdot m_1}{m_1 + m_2} \cdot v </math>

Na primjer kod udarca alfa- čestice na [[proton]] (atom [[vodik]]a) dobivamo:

:<math> v'' = 1,6 \cdot v </math>

To znači da je brzina protona 60% veća od prvobitne brzine alfa-čestice. No središnje udareni protoni imaju najveću brzinu. Ta najveća brzina može se mjeriti i prema mjerenjima je zaista 1,6 puta veća od početne brzine alfa-čestice. Zadnja jednadžba omogućuje nam da, mjereći najveće brzine udarenih atomskih jezgri, izračunamo njihove mase. To je jedna od najboljih metoda da se utvrde nepoznate atomske jezgre u Wilsonovoj komori. 

=== Nuklearna reakcija ===
{{glavni|Nuklearna reakcija}}

Pri točnijem ispitivanju prolaza alfa-čestica kroz Wilsonovu komoru bili su ipak otkriveni i protoni s mnogo većim brzinama nego što bi to odgovaralo središnjem srazu. Paradoks se objasnio kad je Rutherford opazio da ti brzi protoni dolaze i onda kad alfa-čestice prolaze kroz tvari u kojima nema vodika. Rutherford je pustio alfa-čestice kroz čisti [[dušik]]ov [[plin]] i na veliko iznenađenje opazio da se od alfa-čestica odvaja staza jednog protona. Rutherford je odmah ispravno protumačio da se tu događa pretvorba atomskih jezgara, alfa-čestica prodre u dušikovu jezgru, a jedan proton biva izbačen. Kemijskim simbolima možemo tu reakciju pisati:

:<math> {}^{14}_{7}\mathrm{N} + {}^{4}_{2}\mathrm{He} \rightarrow {}^{17}_{8}\mathrm{O}+{}^{1}_{1}\mathrm{H} </math>

Gornji indeksi označuju masu atomskih jezgri, a donji njihov naboj ili redni broj elementa. Primitkom jedne alfa-čestice i gubitkom jednog protona povećava se masa dušikove jezgre za 3, a naboj za 1, pa iz dušika dobivamo [[kisik]]ov [[izotop]] s atomskom težinom 17.

Sad je bilo jasno, zašto se javljaju i protoni većih energija nego što bismo ih dobili središnjim srazom alfa-čestica. Višak energije protona potječe od energije atomske jezgre. Reakcije atomskih jezgri mogu teći s dobitkom ili gubitkom energije, a tu razliku u energijama nose izbačene čestice. Pretvorbe atomskih jezgri iznijele su na vidjelo da su protoni sastavni dijelovi svih atomskih jezgri. No vidi se odmah da pored njih moraju u izgradnji jezgri sudjelovati i druge čestice. Dva protona dala bi doduše naboj helijeve jezgre, ali ta jezgra ima 4 puta veću masu od protona. No koje su još čestice pored protona u atomskim jezgrama?

[[Walther Bothe|W. Bothe]] i Herbert Becker su 1930. opazili da pri obasjavanju lakih elemenata alfa-česticama nastaje neko vrlo prodorno zračenje. Malo kasnije našli su [[Irène Joliot-Curie|I. Joliot-Curie]] i [[Frédéric Joliot-Curie|F. Joliot-Curie]] da nove zrake bivaju jako apsorbirane u tvarima koje obiluju [[vodik]]om. Iz tih tvari nove zrake izbijaju protone s brzinama oko desetine [[brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]]. Kakva je priroda tih zraka? Chadwick je malo kasnije ispitivao djelovanje zraka u Wilsonovoj komori. Zagonetne zrake nisu se vidjele u Wilsonovoj komori - znak da ne nose [[električni naboj]]. No opet to nisu mogle biti ni [[gama zrake]]. U Wilsonovoj komori vidi se kako lake jezgre, kao protoni, helijeve, [[litij]]eve, [[berilij]]eve i [[ugljik]]ove jezgre, zadobivaju snažne udarce, što se ne može objasniti djelovanjem [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskih valova]]. [[James Chadwick|J. Chadwick]] je objasnio ova opažanja hipotezom o novoj vrsti čestica - [[neutron]]ima. Te čestice nemaju električnog naboja pa ne [[Ionizirajuće zračenje|ioniziraju]] i ne vide se u Wilsonovoj komori. Brzinu i masu nevidljivih čestica možemo proračunati tako da motrimo najveće brzine udarenih atoma. Chadwick je mjerio najveće brzine udarenih protona i [[dušik]]ovih atoma. Za omjer najvećih brzina protona i dušikovih jezgri dobiva se prema:

:<math> \frac{v_H}{v_N} = \frac{x + 14}{x + 1} </math>

gdje je: ''x''  - [[masa]] neutrona. Najveće brzine udarenih protona su oko 7 puta veće od najvećih brzina dušikovih atoma. Za masu neutrona dobiva se odatle vrijednost 1. Neutroni, dakle, imaju otprilike istu masu kao i protoni. Time se direktno objašnjava zašto nove zrake izbacuju snažno protone iz tvari bogatih vodikom. Kao kod sraza biljarskih kugli, tako i tu mogu neutroni najjače pokrenuti jednako teške protone.

Iste godine kad je otkriven neutron, postavili su [[Dmitrij Dmitrijevič Ivanjenko|D. D. Ivanjenko]] i [[Werner Heisenberg|W. Heisenberg]] hipotezu, da su atomske jezgre građene od protona i neutrona. Ova hipoteza održala se i kasnije i temelj je čitave [[nuklearna fizika|nuklearne fizike]]. Pri razbijanju jezgara nalazimo uvijek protone, neutrone ili lake jezgre, a nikada ne elektrone i pozitrone. 

Vidjeli smo da su atomske težine približno cijeli brojevi. Zaokružene relativne atomske težine, kao čiste cijele brojeve bez fizičke dimenzije, označit ćemo sa ''A''. [[Atomska težina]] ''A'' pokazuje ukupan broj sastavnih dijelova jezgre, a redni broj ''Z'' daje broj protona. Svaka atomska jezgra određena je s ta dva podatka: ''A'' i ''Z''. Nađene su, ipak, i različite atomske jezgre s istim ''A'' i ''Z'', ali po svemu se čini da se tu radi o dva različita [[kvant]]na stanja iste jezgre. Mi ćemo odsad pretpostaviti da atomska težina i redni broj jednoznačno opisuju vrstu atomske jezgre. Atomske jezgre s jednakim brojem protona, a različitom masom, zovemo [[izotop]]ima. Atomske jezgre s jednakim brojem čestica zovu se izobare.

Atomskih jezgara ima mnogo više od [[kemijski element|kemijskih elemenata]], jer neki kemijski elementi imaju i preko 10 različitih izotopa. Može se grafički dobiti lijep pregled nad svim jezgrama tako da pojedine jezgre nanesemo kao točke u križaljku, kod koje apscisa određuje broj protona, a ordinata broj neutrona. Iz položaja jezgre u tablici može se odmah razabrati od koliko je protona i neutrona građena. Izvučena dijagonala na tablici označuje one jezgre kod kojih je broj protona jednak broju neutrona. Ispod dijagonale broj je protona veći od broja neutrona, a iznad dijagonale preteže broj neutrona u jezgri. 

Već kratki pregled nad poznatim jezgrama odmah pokazuje da u prirodi nisu ostvarene sve moguće kombinacije između protona i neutrona. Kod jezgri je broj protona približno jednak broju neutrona. Kod lakih jezgri vrijedi ovaj zakon vrlo točno. Najčešće jezgre u prirodi, kao [[helij]] <sub>2</sub>He<sup>4</sup>, [[ugljik]] <sub>6</sub>C<sup>12</sup>, [[dušik]] <sub>7</sub>N<sup>14</sup>, [[kisik]] <sub>8</sub>O<sup>16</sup>, magnezij <sub>12</sub>Mg<sup>24</sup>, [[silicij]] <sub>14</sub>Si<sup>28</sup>, [[sumpor]] <sub>16</sub>S<sup>32</sup>, [[kalcij]] <sup>20</sup>Ca<sup>40</sup>, građene su od jednakog broja protona i neutrona. Dolaze i izotopi tih jezgri, kod kojih je ta simetrija između protona i neutrona za jednu ili dvije ili tri čestice narušena, ali se ipak sve te jezgre gomilaju oko dijagonale kod koje je broj protona jednak broju neutrona. Ta približno ostvarena simetrija između broja neutrona i protona jedan je od temeljnih zakona fizike jezgre, i mi ćemo morati tražiti razlog te simetrije. Kod težih jezgri prevladava sve više broj neutrona nad brojem protona. Suvišak neutrona nad protonima iznosi kod teških jezgri po više desetaka. "Rijeka" jezgri završava s [[uranij]]em, koji ima električni naboj 92 i masu 238. Broj neutrona kod te jezgre jednak je razlici između mase i naboja, dakle 238 - 92 = 146. Suvišak neutrona nad protonima iznosi kod toga glavnog uranijevog izotopa 54. Simetrija je tu već znatno narušena. <ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

{{Čestice u fizici}}

[[Kategorija:Kvantna mehanika]]
[[Kategorija:Nuklearna fizika]]
[[Kategorija:Nuklearna kemija]]