atomic nucleusとは - わかりやすく解説 Weblio辞書 (original) (raw)

原子核
ヘリウム原子の模式図。中心部の4つの球体からなる塊が原子核。周りを回っているのは電子である。大きさは正しくなく、実際の原子核はずっと小さい。
組成	陽子と中性子
相互作用	弱い相互作用強い相互作用電磁相互作用重力相互作用
反粒子	反原子核
理論化	ジャン・ペラン（1901年）
発見	アーネスト・ラザフォード（1911年）
電荷	+e × 陽子の個数
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原子核 （げんしかく、（英: atomic nucleus）は、単に 核 （かく、（英: nucleus）ともいい、電子と共に原子を構成している。原子の中心に位置する核子の塊であり、正の電荷を帯びている。核子は、基本的には陽子と中性子から成っているが、通常の水素原子（軽水素）のみ、陽子1個だけである。陽子と中性子の個数、すなわち質量数によって原子核の種類（核種）が決まる。

原子核の質量を半経験的に説明する、ヴァイツゼッカー＝ベーテの質量公式（原子核質量公式、他により改良された公式が存在する）がある。

大きさ

原子核は原子と比べて非常に小さく、例えば最も小さい水素の原子核（陽子）の大きさはおよそ半径 0.8751(61)×10−15 m（直径にして約 1.75×10−15 m = 1.75 fm）である[1]。水素原子核以外では、その狭い空間に正電荷を持った陽子が複数存在するため、互いに大きな斥力（電磁気力）を受ける。この斥力に打ち勝って原子核を安定に存在させているのは、中性子の作用である。陽子、中性子の核子間には中間子を媒介した核力が引力として働き、これが電磁気的反発力に打ち勝って原子核を安定化させている。

その他の原子では、原子核の半径 r はその質量数 A のほぼ 1/3 乗、すなわち3乗根に比例することが知られており、定式化すると

r = r 0 A 3 {\displaystyle r=r_{0}{\sqrt[{3}]{A}}} 「陽子の構造を視覚化した動画」 - MIT（マサチューセッツ工科大学））

原子核の存在が理論的に提唱されたのは、1901年のジャン・ペラン[6]および1903年の長岡半太郎[7]が最初である。これらの説はあまり注目されなかったが、アーネスト・ラザフォードが1911年に実験的に原子核の存在を確認し[8]、注目を集めることとなった。

ラザフォードは1914年に、重い原子核ではα線を接近させてもクーロン力によって弾き返されてしまうが、軽い原子核では原子核かα粒子いずれかの破壊が起こるのではないかと考え、1917年から1919年にかけて、様々な条件下で空気に対してα線を当て、ZnSのシンチレーションを利用して破壊の影響で生ずる可能性のある粒子を発見しようと試みた結果、水素の原子核、すなわち陽子を発見した[9]。この水素の原子核は、α線が空気中の窒素の原子核に当たった際に

He 2 4 + N 7 14 ⟶ O 8 17 + H 1 1 {\displaystyle {\ce {{}^4_2He + {}^14_7N -> {}^17_8O + {}^1_1H}}}