Atomkärnan

Atomkärnan är den centrala delen av atomen och består av protoner och neutroner, sammanfattade som nukleoner. Protonen har positiv elektrisk laddning och neutronen är elektriskt neutral; antalet protoner bestämmer atomens kemiska identitet (Z). Tillsammans med neutronerna bildar de kärnans massa (A = Z + N).

Kärnan hålls samman av den starka kärnkraften, som verkar över mycket korta avstånd och övervinner den elektromagnetiska repulsionen mellan protonerna. Denna kraft ger kärnan dess bindningsenergi. Kärnans storlek uppskattas med r ≈ r0 A^(1/3), där r0 är cirka 1,2 fm.

När antalet neutroner varierar uppstår isotoper av samma grundämne. Vissa isotoper är stabila medan andra är radioaktiva och sönderfaller genom alfa-, beta- eller gammastrålning med olika halveringstider. Bindningsenergin per nukleon varierar och är störst i kärnor i mitten av massantalet, vilket förklarar varför kärnor med mycket lågt eller mycket högt A är mindre stabila.

Teorierna om kärnan inkluderar kärnskalet (shell) modellen, som beskriver energinivåer för nukleonerna i en potential, och den kollektivt rörliga modellen, som betonar kärnans gemensamma rörelse och deformation. Experimentell kärnfysik studerar kärnreaktioner, uppbyggnad av energi-spektrum och radiologiska egenskaper.

Användningarna av kunskap om atomkärnor omfattar energiproduktion genom kärnklyvning av tyngre kärnor och, i astrofysik och kärnfusion, i stjärnor. Inom medicin används radioaktiva isotoper för diagnostik och behandling. Kärnkraft har stor inverkan på industrin och politik. Historiskt ledde Rutherford 1911 till idén om en central kärna, och Chadwick 1932 till upptäckten av neutronen, vilket lade grunden för modern kärnfysik.