Ядро атомное — центральная плотная положительно заряженная часть атома, вокруг которой движутся электроны. Атомное ядро определяет структуру электронных оболочек и все свойства атома. Существование атомного ядра было доказано в 1913 г. Э. Резерфордом. Основными характеристиками атомного ядра являются: атомный номер Z — относительный заряд ядра; массовое число А — относительная масса ядра, округленная до целого числа; масса ядра МЯ, спин — механический момент количества движения и магнитный момент. Атомное ядро состоит только из протонов и нейтронов (см.), которые называются нуклонами. Бета-частицы, испускаемые атомным ядром при β-распаде, образуются при взаимных превращениях внутри ядра одного из протонов в нейтрон или наоборот (см. Радиоактивность).
Атомный номер равен числу протонов в атомном ядре или порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и числу электронов в неионизованном атоме. Массовое число А равно числу нуклонов в атомном ядре. Число нейтронов в атомном ядре равно А — Z. Так, атомное ядро He42 состоит из двух протонов (p) и двух нейтронов (n). Атомные ядра являются устойчивыми, если имеется определенное для данного атомного ядра соотношение между числом p и n. При избытке p или n ядра испытывают β±-распады. Тяжелые ядра с Z > 82 являются неустойчивыми, так как в них слишком много протонов, которые отталкиваются друг от друга кулоновскими силами. Эти атомные ядра претерпевают цепочки α- и β-распадов; самые тяжелые атомные ядра претерпевают, кроме того, процессы деления. Энергия связи всех частиц в атомном ядре в соответствии с законом о взаимосвязи массы и энергии равна ECB = (Σmn+Σmp—МЯ)c2 где mn и mp — массы пир. Величина (Σmn+Σmp—МЯ) называется дефектом массы. Для устойчивых атомных ядер дефект массы >0, для неустойчивых <0. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы оторвать от атомного ядра одну частицу, называется энергией связи на частицу (или энергией связи n или p в атомном ядре). Эта энергия для средних ядер равна 7—8 Мэв, для ядер с А < 4 она значительно меньше, для тяжелых атомных ядер. Есв уменьшается с увеличением А. Устойчивость атомного ядра характеризуется дефектом массы или энергией связи. Распространенность отдельных видов ядер пропорциональна их устойчивость. В природе преобладают легкие ядра с Z<30, общее количество ядер с Z >30 не превышает 10-5 части всех ядер. Объем атомного ядра пропорционален числу нуклонов А, т. е. плотность ядерной материи практически одинакова и равна около 14 г/см3. Радиус атомного ядра Rя=1,2·10-13А1/3. Эти свойства атомного ядра обусловлены тем, что между нуклонами действуют очень большие по величине ядерные силы, природа которых качественно отлична от природы известных в науке гравитационных и электромагнитных сил. Основные свойства ядерных сил следующие: взаимодействие двух нуклонов не зависит от их зарядов; ядерные силы действуют на коротком расстоянии — около 10-13 см; ядерные силы обладают свойством насыщения, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с несколькими соседними нуклонами; силы нецентральные частично носят тензорный характер (зависят от ориентации спинов нуклонов). Атомное ядро представляет собой квантовомеханическую систему, которая, подобно атому, может находиться только в состоянии с определенной энергией. В нормальном невозбужденном состоянии атомного ядра все уровни заполнены, с увеличением энергии возбуждения расстояния между уровнями сближаются и при сильном возбуждении перекрываются. Величины энергетических уровней атомного ядра определяются путем изучения ядерных реакций (см.). До настоящего времени нет единой теории и модели атомного ядра, которая описывала бы всю совокупность наблюдаемых ядерных процессов, отдельные модели атомного ядра описывают только ограниченный круг явлений. До сих пор полностью не выяснена природа ядерных сил и законы взаимодействия нуклонов в ядре. Модель жидкой капли, предложенная в 1937 г. Н. Бором и развитая Я. И. Френкелем, описывает ряд процессов, наблюдающихся при сильном возбуждении; оболочечная модель ядра (М. Мейер) объясняет наибольшее количество экспериментальных фактов. В 1933—1934 гг. было обнаружено, что при определенном числе протонов и нейтронов образуются наиболее устойчивые конфигурации. Существование особо устойчивых ядер с числом нейтронов или протонов 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82, 126 («магические числа») показало, что нейтроны и протоны в ядрах группируются в относительно устойчивые конфигурации, которые соответствуют заполненным оболочкам, обладающим максимальной энергией связи. Многие расхождения расчетных величин с экспериментальными можно объяснить наличием деформации ядер, которые представляют собой эллипсоиды вращения, либо сжатые, либо растянутые по оси. Конфигурация ядер определяется их электрическими моментами (пространственным распределением зарядов в ядре). Обобщенная модель ядра (синтез оболочечной и капельной модели) удовлетворительно описывает большинство ядерных процессов, происходящих либо с Невозбужденными ядрами, либо при малых энергиях возбуждения. См. также Атом.