מבנה גרעין האטום הוא אחד הנושאים הבסיסיים ביותר של המדע המודרני. ניסויים מתמידים בתחום זה אפשרו למדענים לא רק לקבוע ברמת דיוק גבוהה מהו אטום, אלא גם להשתמש באופן פעיל בידע שנצבר בתעשיות שונות וביצירת כלי הנשק העדכניים ביותר.
שאלת המבנה של כל דבר על הפלנטה עניינה מדענים מאז ומעולם. אז אפילו ביוון העתיקה, כמה מדענים האמינו שהחומר הוא אחד ובלתי ניתן לחלוקה במבנה שלו, בעוד שמתנגדיהם התעקשו שהחומר מתחלק ומורכב מהחלקיקים הקטנים ביותר - אטומים, ולכן התכונות של עצמים שונים כל כך שונות זו מזו.
פריצת דרך בחקר המבנה של מולקולות התרחשה במאה ה-18, כאשר M. V. Lomonosov, L. Lavoisier, D. D alton, A. Avogadro הניחו את היסודות של התיאוריה האטומית-מולקולרית, לפיה כל דבר בטבע מורכב ממולקולות, ואלו, בתורן, עשויותחלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה - אטומים, שהאינטראקציה שלהם זה עם זה קובעת את התכונות הבסיסיות של חומרים מסוימים.
שלב חדש בחקר המבנה של מולקולות ואטומים החל בסוף המאה ה-19, כאשר E. Rutherford ומספר מדענים נוספים גילו תגליות, וכתוצאה מכך מבנה האטום וגרעין האטום הופיע באור חדש לחלוטין. אז, התברר שהאטום אינו חלקיק בלתי ניתן לחלוקה כלל, להיפך, הוא מורכב ממרכיבים קטנים עוד יותר - הגרעין והאלקטרונים הנעים סביבו במסלולים מורכבים. הנייטרליות הכללית של האטום הובילה למסקנה שאלקטרונים בעלי מטען שלילי חייבים להיות מאוזנים על ידי יסודות בעלי מטען חיובי. כפי שהתברר מאוחר יותר, יסודות כאלה באמת קיימים: הם נקראו חלקיקי ɑ, או פרוטונים.
ידע מדעי מודרני מצביע על כך שמבנה גרעין האטום הרבה יותר מסובך ממה שנראה אפילו לפני מאה שנים. אז, היום ידוע שגרעין האטום כולל לא רק פרוטונים, אלא גם חלקיקים שאין להם מטען - נויטרונים. ביחד, פרוטונים וניוטרונים נקראים נוקלונים. מכיוון שמסה של נויטרון גדולה רק ב-0.14% מהמסה של פרוטון, הבדל זה בדרך כלל מוזנח בחישובים.
גודל הגרעין הוא בין 10-12 ל-10-13 ס מ. יחד עם זאת, למרות העובדה שיותר מ-95% ממסת האטום מרוכזת בגרעין, גודל האטום עצמו גדול פי מאה אלף מגודל הגרעין.
בסיסיניתן לחלץ מאפיינים כמותיים המאפיינים את מבנה גרעין האטום מהטבלה המחזורית של D. I. מנדלייב. כידוע, מספר הפרוטונים בגרעין שווה לסכום האלקטרונים המסתובבים סביבו ומתאים למספר הסידורי בטבלת היסודות. על מנת לגלות את מספר הנייטרונים, יש צורך להחסיר את המספר הסידורי מהמסה הכוללת של היסוד ולעגל למעלה למספר שלם. חומרים שבהם מספר הפרוטונים זהה, אך מספר הנייטרונים שונה, נקראים איזוטופים.
אחת השאלות החשובות ביותר שנשאלו על ידי מדענים שחקרו את מבנה הגרעין הייתה שאלת הכוחות שמחזיקים פרוטונים, מכיוון שבעלי אותו מטען הם חייבים להדוף. מחקרים הראו שהמרחקים בין פרוטונים בגרעין כל כך קטנים שדחייה ביניהם פשוט לא מתרחשת. יתרה מכך, הביונים, הממוקמים בין הפרוטונים, תורמים לאינטראקציה הדוקה ולמשיכה המתמדת של האחרונים זה לזה.
מבנה גרעין האטום עדיין עמוס בתעלומות רבות. הפתרון שלהם לא רק יעזור לאנושות להבין טוב יותר את מבנה העולם, אלא גם יעשה פריצת דרך איכותית במדע ובטכנולוגיה.
