原子核(atomic nucleus)位于原子的核心部分,占了99.96%以上原子的质量,与周围围绕的电子组成原子。原子核由质子和中子构成。而质子又是由两个上夸克和一个下夸克组成,中子是则由两个下夸克和一个上夸克组成。原子核极小,它的直径在10-15m至10-14m之间,体积只占原子体积的几千亿分之一。如果将原子比作地球,那么原子核相当于棒球场大小,而核内的夸克及电子只相当于棒球大小。原子核的密度极大,约为1017kg/m3。原子核内部结构可由核壳层模型部分描述,当质子或核子分别从各自最低壳层向上填充时,若正好填满某一个壳层,则称为质子或中子幻数,此时的核称为幻核。[1]

构成原子核的质子和中子之间存在介子,以传递原子核内巨大的吸引力—强力,强力比电磁力强137倍,故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。原子核的能量极大,当原子核发生裂变(重原子核分裂为两个或更多的核)或聚变(轻原子核相遇时结合成为重核)时,会释放出巨大的原子核能,即原子能(例如核能发电)。质子和中子及介子由价夸克(组分夸克)及海夸克(流夸克)组成,夸克亦有层层(壳)结构,外层为横向连接的价夸克,内层为纵向叠加的海夸克,而外层为3个横向连接的束缚态价夸克。价夸克按比例(2个上型夸克带+2/3电荷,1个下型夸克带-1/3电荷)分掉质子(或3夸克超子)内的整数电荷,故夸克带分数电荷。纵向叠加的海夸克正负电荷相抵=零,原子内带正电荷的质子与带负电荷的电子数量相同,故整个原子呈电中性。[1]

1912年英国科学家卢瑟福根据α粒子轰击金箔的实验中,绝大多数α粒子仍沿原方向前进,少数α粒子由于撞击到了电子发生较大偏转,个别α粒子偏转超过了90°,有的α粒子由于撞上原子核所以偏转方向甚至接近180°。该试验事实确认了:原子内含有一个体积小而质量大的带正电的中心,这就是原子核模型的来历。

原子半径很小,质子间库仑斥力很大,但原子核却很稳定。所以原子核里质子间的除了库仑斥力外还有核力。只有在2.0×10-15m的短距离内才能起到作用。核子之间的核力,是一种比电磁作用大得多的相互作用,质子和质子之间、质子和中子之间、中子和中子之间都存在。

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