原子核结构:
1 原子是由原子核和核外电子构成的，原子核内部有带正电的质子和不带电的中子。
2 原子核带正电荷，核外电子带负电荷，原子整体呈中性。
3 在含多个电子的原子中，电子分别在能量不同的区域内运动。

以下部分 分为行星模型，质子，中子的发现和研究原子核的物理意义 四个部分回答：

一 行星模型的提出：

1.0.1 从JJ汤姆森发现了电子，并给出了一种原子模型叫西瓜或者枣糕模型，猜测电子像西瓜籽一样镶嵌在原子中，电子带负电，其他地方带正电，整个原子显中性。所以此时都还没有原子核的概念。

枣糕模型

1.0.2 真正提出 有原子核的概念，要等到卢瑟福指导的α粒子散射实验。盖革(Geiger)和马斯登(Marsden)在导师卢瑟福(Ernest Rutherford)指导下，用α粒子(氦原子核)轰击厚度为微米的金箔，并测量分散在不同角度粒子的比例。

α粒子散射实验

该实验发现绝大多数的α粒子都照直穿过了金箔，有少数α粒子发生了 角度大得多的 偏转，大约有1/8000 的α粒子偏转角大于90°，甚至观察到偏转角等于150°的大角散射，有的几乎达到180°被反弹回来。

α粒子散射现象

卢瑟福后来回忆说：“这是我一生中从未有的 最难以置信的事，它好比你对一张纸发射出一发炮弹，结果被反弹回来而打到自己身上……”。

卢瑟福对实验的结果进行了分析，由于金箔太薄，所以大散射角不能解释为大量较小散射的总和。为了解释大散射角，原子必须由一个极小的密集中心组成，其中几乎所有的质量和正电荷都集中在中心。由于中心所占体积较小，大多数粒子穿行的轨迹 都会避开电荷中心，或者因为与中心电荷的静电排斥 而稍微偏离，但一些轰击了中心的粒子会发生大偏差。他根据高度散射粒子的比例计算了电荷/质量的相对大小，他得出的结论是：与半径为 10^{-10} m的原子相比，原子核的半径为 10^{-15} m。

行星模型

由此，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型，认为在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核(nucleus)，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，由此提出卢瑟福原子模型。

二 质子的发现历程：

此时到这一步 人们还只是发现 原子是由原子核和电子组成，还未知原子核内部结构和粒子组成。

2.0.1 直到1919年，卢瑟福设计了一个用α粒子轰击氮原子核的实验，实验装置如下图示。

α粒子轰击氮原子核实验

容器C里放有放射性物质A，把容器C才抽成真空，从A射出的α粒子射到铝箔F上，适当设置铝箔的厚度，使α粒子恰好被F吸收而不能透过，并在F后面放一荧光屏S，用显微镜册来观察荧光屏上是否出现闪光。通过阀门T往C里通进氮气后，卢瑟福从荧光屏S上观察到了闪光，把氮气换成氧气或二氧化碳，又观察不到闪光，这表明闪光一定是α粒子击中氮核后产生的新粒子透过铝箔引起的。

卢瑟福把这种粒子引进电场和磁场中，根据它在电场和磁场中的偏转，测出了它的质量和电量，确定它就是氢原子核，便把这个新粒子命名为质子。

这个实验的本质是 He_{2}^{4} + N_{7}^{14} = O_{8}^{16} + H_{1}^{1}

α粒子束为氦原子核(He)，含有两个质子，氮原子核(N)则包含七个质子。α粒子冲进进氮原子核后，氮原子核的质子就变成了九个，这里的复核很不稳定发生衰变，挤出一个质子。此时氮原子核还剩下八个质子，而拥有八个质子的原子得叫氧原子了。

这里有两个问题，为什么氢原子核又叫质子呢? 为什么把氮气换成氧气或二氧化碳观察不到闪光的？

2.0.1.1 为什么氢原子核又叫质子的?

（学到这里的时候，让笔者很困惑，质子不是原子核里面的东西吗? 氢原子核为什么可以叫质子的）

其实是因为氢原子的独特结构，截止2019年发现的有氕氘氚三种氢原子：

氢又称氕（H），原子中只有1个质子和1个电子，没有中子。

氘（D），原子中有1个质子，1个中子，1个电子。

氚（T），原子中有1个质子，2个中子，1个电子。

氢原子拥有一个质子和一个电子，是一个的简单的二体系统。

氕氘氚

所以氢原子核就只有一个质子，那就等同于质子，人家的原子核结构就是这样的。

首先是有一个质子+一个电子先组成了一个原子，这个原子被我们叫氢原子，
不能由后往前的用氢原子核 碰瓷质子，说为什么氢原子核可以叫质子。

2.0.1.2 为什么α粒子轰击氮气可以轰击出质子，而氧气或二氧化碳不可以呢？

He_{2}^{4} + O_{8}^{16} = F_{9}^{19} + H_{1}^{1}

笔者认为氧原子都可以生成氟原子，也有一个H原子核衰变出来，出现闪光。

是卢瑟福使用的α源是镭、钋之类的铀衰变产物，这类α源发射的的α粒子能量基本在5MeV、5.5MeV左右。

\rm^{14}N+^{4}He\rightarrow ^{17}O+^{1}H 的Q值是-1.192MeV，对于α粒子打氮靶，相应的阈能是1.532MeV。因此卢瑟福使用的α粒子的能量是足够高的。

\rm^{16}O+^{4}He\rightarrow ^{19}F+^1H 的Q值是-8.113MeV，相应的阈能是10.143MeV，显然卢瑟福的α粒子的能量太低了，无法引起反应。

Q值是反应释放的能量，负值代表吸能反应。一般可以用质量亏损计算Q值，即参加反应的原子核的静质量之和减去反应产生的原子核的静质量之和。

至此，质子的发现告一段落。在1920年，英国物理学家卢瑟福 在著名的贝克尔演讲中作出“原子核内可能存在着质量与质子质量相同的中性粒子”的理论预言，以下引出中子部分的开端。

三 中子的发现历程：

3.0.1 为什么卢瑟福能预言 原子核内还有其他中子粒子的存在呢？

氢原子核(H)只有一个质子，氢原子为第一轻的原子。氦原子核(He)由两个质子组成，而锂(LI)有三个质子，铍原子(Be)是4个质子，硼5个质子。

碳(C)是所有生命最基本的元素，有6个质子，氮(N)原子核由七个质子组成，我们所呼吸的氧(O)有8个，氟元素(F)9个质子，氖原子(Ne)10个质子。铀是自然界中最重的元素，有92个质子！

其实还是因为原子间存在一些质量问题，对这些原子测量重量时，有两个质子的氦应该是只有一个质子的氢的两倍重，但事实上是四倍重。说明除了质子，原子核内部还有别的东西，但 是存在什么呢？所以卢瑟福预言在原子核内部还有一种粒子的存在，它的质量和质子差不多，本身呈现中性，而真正到发现这个中性粒子 要等到他的学生查德威克来接力。

从德国物理学家波特和学生贝克尔用α射线轰击了铍元素开始，波特发现轰击后，铍辐射发射了一束穿透力非常强的中性射线，该射线呈电中性。他们断定这是一种特殊的γ射线。了解了波特的实验后，约里奥·居里夫妇重复实验也发现了这种中性射线。他们走的比波特还远，再用中性射线去轰击了石蜡，石蜡也发出了一种射线，这种射线偏转了静电计，这说明这种射线是带电的了，他们又用磁场检测了这种射线，也发生了偏转，由于石蜡中还有氢元素，测定荷质比后他们确定石蜡中发出来的射线就是质子流。遗憾的是，他们没有摆脱玻特的错误解释，也把铍辐射看成是γ射线。无独有偶，约里奥·居里夫妇的实验结果引起了查德威克的注意。

查德威克用这种射线轰击氢原子核时，发现它被反弹回来，说明这种射线是具有一定质量的中性粒子流。通过对反冲核的动量测定的结果，再利用动量守恒定律进行估算，确定出这种射线中性粒子的质量几乎与质子的相同。

查德威克这时才意识到原来玻特和贝克尔最先观察到的这种辐射应当就是卢瑟福所提出的质子与电子的复合体。他沿用了美国化学家哈金斯的中子这个名称作为对这种粒子的正式命名，并在1932年的《自然》杂志上发表了《中子可能存在》的论文。

这个实验的本质是 He_{2}^{4} + Be_{4}^{9} = C_{6}^{12} + n_{0}^{1}

He的相对原子质量是4，质子数是2，Be的相对原子质量是9，质子数量是4，两核内共是6个质子+7个中子，被轰击后，生成 (碳核是6个质子+6个中子) 和一个中子。

3.0.2 从动量守恒和能量守恒计算中子的质量：

动量公式 P=mv，表示 动量=质量×速度。

动能定理 \frac{1}{2}mv_{末}^{2} - \frac{1}{2}mv_{初}^{2} = \Delta W，（物体动能的变化量=合外力做的功）。

描述的是物体动能的变化量与合外力所做的功的关系，动能是能量的一种，所以遵从能量守恒。

设氢核的质量为m_{h}，打出后氢核速度为 v_{h} , 氮核的质量为氢核的14倍，打出后氮核速度为 v_{n} ， v_{h}和v_{n}的速度比为7.5。假设中子与氢氮核的碰撞为弹性碰撞，根据以上可测量的量，推算中子质量。

解：设中子质量为m，初速度都为v0，其与氢原子核碰撞后的速度为v1，其与氮原子核碰撞后的速度为v2。

则氢原子核碰撞有：

式1：m v_{0} =m v_{1} + m_{h} v_{h}

式2：\frac{1}{2} mv_{0}^{2} = \frac{1}{2} m v_{1}^{2} + \frac{1}{2} m_{h} v_{h}^{2}

则氮原子核碰撞有：

式3：m v_{0} =m v_{2} + m_{n} v_{n}

式4：\frac{1}{2} mv_{0}^{2} = \frac{1}{2} m v_{2}^{2} + \frac{1}{2} m_{n} v_{n}^{2}

综上可得：

m = \frac{14v_{n}-v_{h}}{v_{h}-v_{n}}m_{h} = \frac{14v_{n}-7.5v_{n}}{7.5v_{n}-v_{n}}m_{h} = \frac{6.5v_{n}}{6.5v_{n}}m_{h} = m_{h}

可知该中性粒子的质量m等于氢原子核的质量 m_{h} ，即也等于质子的质量。

至此，原子核内部粒子发现历程告一段落。

四 研究原子核的物理意义：

4.0.1 对原子核的探索，为人类对更深层次微观粒子的研究奠定了基础。

4.0.2 为原子物理、分子物理、凝聚态物理学、分子生物学和化学的结构和动态过程的研究提供了前所未有的新技术。

4.0.3 通过对原子核内部结构，变化规律，核裂聚衰变,和核技术的研究，发现开发并启用了核能。

其对能源的发展与利用具有划时代意义，更能将其广泛应用于军事、工业、航天领域。