Atoomkernen

Atoomkernen vormen de kern van atomen en bestaan uit protonen en neutronen, samen nucleonen. Het aantal protonen in de kern, Z, bepaalt het chemische element, terwijl het totaal aantal nucleonen, A (waarbij A = Z + N), de massa bepaalt. Protonen dragen een positieve lading en neutronen zijn elektrisch neutraal. De kern wordt bijeengehouden door de sterke kernkracht, een korteafstandskracht die sterker is dan de elektromagnetische afstoting tussen protonen.

De grootte van een kern is typisch circa 1 femtometer (10^-15 meter) en heeft een hoge dichtheid vergelijkbaar met die van andere atoomkernen. De binding-energie per nucleon is gemiddeld ongeveer 8 MeV, wat duidt op een sterke, compacte binding. De kern kan in verschillende isotopen voorkomen, waarbij hetzelfde element verschillende neutronentellingen heeft. Sommige isotopen zijn stabiel, andere zijn radioactief en vervallen via alfa-, bèta- of gammastraling.

Modellen helpen de kern te begrijpen. Het kernmodel van de elektronen is het shellmodel, waarin nucleonen in energieniveaus zitten en “magische getallen” stabiliteit kunnen versterken. Het vloeistofdruppellijkmodel beschrijft binding en Fissie-dynamiek en verklaart waarom zware kernen onder bepaalde omstandigheden kunnen splijten.

Stabiliteit hangt af van de neutronen-protonverhouding; teveel of te weinig neutronen maakt een kern onstabiel. Radioactiviteit leidt tot halfwaardetijden die variëren van fractonnen tot miljarden jaren, afhankelijk van de kern.

Toepassingen van kennis over atoombaarden variëren van kernenergie en medische beeldvorming tot dateringsmethoden en fundamenteel onderzoek in de astrofysica. Historisch leverden experimenten zoals de Rutherford-achtige herhaling en de ontdekking van de neutron cruciale inzichten op.