Середина минулого століття ознаменувала народження нової ери в історії людства. Кам'яний вік колись змінився бронзовим, потім низкою йшли періоди царювання заліза, пари і електрики. Зараз ми знаходимося в самому початку ери атома. Навіть самі поверхневі знання в області будови атомного ядра відкривають перед людством небачені горизонти. Що ми знаємо про атомному ядрі? Те, що воно становить 9999% маси всього атома і складається з частинок, які прийнято називати нуклонами. Що таке нуклони, скільки їх, які вони бувають, зараз знає кожен старшокласник, який має тверду четвірку з фізики.

Як ми уявляємо собі будова атома

На жаль, не скоро з'явиться техніка, що дозволяє розгледіти частинки, що становлять атом, атомне ядро. До того, як влаштована матерія, є тисячі питань, також є безліч теорій будови елементарних частинок. На сьогодні теорією, яка відповідає на більшу частину запитань, є планетарна модель будови атома. Згідно їй, навколо позитивно зарядженого ядра обертаються негативно заряджені електрони, утримувані електричним тяжінням. А що таке нуклони? Справа в тому, що ядро не монолітно, воно складається з позитивно заряджених протонів і нейтронів – частинок з нульовим зарядом. Ось їх-то, частинки, з яких побудовано атомне ядро, і прийнято називати нуклонами. Звідки ж взялася ця теорія, якщо частинки так малі? До висновку про планетарної конструкції атома вчені прийшли, направляючи на тоненькі пластинки металів пучки різних мікрочастинок.

Які його розміри

Знання про будову атома не будуть повними, якщо не уявити собі його елементи в масштабі. Ядро надзвичайно мало навіть у порівнянні з самим атомом. Якщо намалювати в своїй уяві атом, наприклад, золота у вигляді величезної повітряної кулі діаметром до 200 метрів, то його ядром буде всього-навсього лісовий горіх. Але що таке нуклони і чому вони відіграють таку важливу роль? Та хоча б тому, що саме в них зосереджена вся маса атома.


У гніздах кристалічної решітки атоми золота розташовані досить щільно, тому відстань між сусідніми «горіхами» у прийнятому нами масштабі буде близько 250-300 метрів.

Протон

Вчені давно підозрювали, що ядро атома – не якась монолітна субстанція. Аж надто кидалися в очі величини маси і заряду, зростаючі «сходинками» від одного хімічного елемента до іншого. Логічним було припустити, що існують якісь частинки з фіксованим позитивним зарядом, з яких і «набираються» ядра всіх атомів. Скільки нуклонів позитивно заряджених є в ядрі, таким і буде його заряд. Припущення про складне будову атомного ядра робилися ще в період побудови Менделєєвим його періодичної таблиці елементів. Однак технічних можливостей для того, щоб експериментально підтвердити припущення, що у той час не існувало. Тільки на початку 20 століття Ернестом Резерфордом був поставлений досвід, що підтвердив існування протона. В результаті дії на речовину випромінюванням радіоактивних металів час від часу з'являлася частка – копія ядра атома водню. Вона мала ті ж вага (167 • 10 -27 кг) і атомний заряд +1.

Нейтрон

До висновку про необхідність пошуків ще однієї частинки, заочно названої нейтроном, прийшли швидко. Так як питання, скільки нуклонів в ядрі і які вони бувають, лежав у нерівномірності зростання маси і заряду зі зміною порядкового номера елемента. Резерфорд зробив припущення про існування двійника протона з нульовим зарядом, але підтвердити здогадку у нього не вийшло. В цілому ж ядерники вже добре уявляли собі, що таке нуклони і кількісний склад атомних ядер. І невловима частинка, поки ніким не виявлена експериментально, чекала своєї години. Відкривачем її прийнято вважати Джеймса Чедвіка, якому вдалося-таки виділити «невидимку» з речовини, піддавши його бомбардуванні розігнаними до надвисоких швидкостей ядрами гелію (?-частинками). Маса частинки, як і передбачалося, виявилася рівною масі відкритого раніше протона. За даними сучасних досліджень, нейтрон трохи важче.

Ще трохи про «цеглу» атомного ядра

Розрахувати, скільки нуклонів у ядрі того чи іншого хімічного елемента або його ізотопу, нескладно. Для цього необхідні дві речі: таблиця Менделєєва і калькулятор, хоча можна порахувати і в розумі. Приклад – два поширених ізотопу урану: 235 і 238. Ці цифри позначають атомну масу. Порядковий номер урану - 92 він завжди позначає заряд ядра. Як відомо, нуклони в ядрі атома можуть бути або позитивно зарядженими протонами, або нейтронами такої ж маси, але не мають заряду. Порядковий номер 92 позначає число протонів у ядрі. Кількість нейтронів обчислюється простим відніманням:

- уран 235 число нейтронів = 235 – 92 = 143;

- уран 238 число нейтронів = 238 – 92 = 146.

А скільки нуклонів можна зібрати воєдино за раз? Вважається, що на певному етапі життя зірок з достатньою масою, коли термоядерна реакція більше не в силах стримувати силу гравітації, тиск в надрах світила зростає настільки, що «приклеює» електрони до протонів. В результаті заряд стає нульовим, і пара протон-електрон стає нейтроном. Отримане речовина, що складається з «пресованих» нейтронів, надзвичайно щільне. Зірка вагою в наше Сонце перетворюється в кулю діаметром у кілька десятків кілометрів. Чайна ложка ж такий "нейтронної каші" могла б важити на Землі кілька сотень тонн.