原子核のソースを表示

{{Expand English|Atomic nucleus|date=2023-12}}
{{Infobox particle
| 背景色 =
| 名前 = 原子核
| 画像 = [[File:Sciences exactes.svg]]
| 説明 = [[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。
| 型数 =
| 分類 =
| 組成 = [[陽子]]と[[中性子]]
| 統計 =
| グループ =
| 世代 =
| 相互作用 = [[弱い相互作用]]<br/>[[強い相互作用]]<br/>[[電磁相互作用]]<br/>[[重力相互作用]]
| 粒子 =
| 反粒子 = 反原子核
| ステータス =
| 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）
| 記号 =
| 質量 =
| 平均寿命 =
| 崩壊粒子 =
| 電荷 = +[[電気素量|e]] &times; 陽子の個数
| 荷電半径 =
| 電気双極子モーメント =
| 電気的分極率 =
| 磁気モーメント =
| 磁気的分極率 =
| 色荷 =
| スピン =
| スピン状態数 =
| レプトン数 =
| バリオン数 =
| ストレンジネス =
| チャーム =
| ボトムネス =
| トップネス =
| アイソスピン =
| 弱アイソスピン =
| 弱アイソスピン_3 =
| 超電荷 =
| 弱超電荷 =
| カイラリティ =
| B-L =
| X荷 =
| パリティ =
| Gパリティ =
| Cパリティ =
| Rパリティ =
}}
{{読み仮名|'''原子核'''|げんしかく|{{lang-en-short|atomic nucleus}}}}は、単に{{読み仮名|'''核'''|かく|{{lang-en-short|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、[[ベーテ・ヴァイツゼッカーの公式|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 {{Val|0.8751|(61)|e=-15|ul=m}}（直径にして約 {{val|1.75|e=-15|u=m}} = {{Val|1.75|ul=fm}}）である<ref>{{Cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?rp|title=CODATA Value: proton rms charge radius|publisher=[[アメリカ国立標準技術研究所|NIST]]|accessdate=2016-11-21}}</ref>。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[[引力と斥力|斥力]]（[[電磁相互作用|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[[強い相互作用|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 {{Mvar|r}} はその質量数 {{Mvar|A}} のほぼ {{Sfrac|3}} 乗、すなわち[[立方根|3乗根]]に比例することが知られており、定式化すると
:<math>r=r_0\sqrt[3]{A}</math>
となる。ここで、{{Math|''r''{{Sub|0}}}} は定数であり、その値は {{Math|''r''{{Sub|0}} {{=}} {{Val|1.3|0.1|e=-15|u=m}}}} である<ref>{{Kotobank|核半径|2=[[ブリタニカ百科事典|ブリタニカ国際大百科事典]] 小項目事典}}</ref>。

== 安定性 ==
原子核の安定性は、陽子、中性子の数と深く関わっており、特に原子核を安定にさせる[[魔法数]]と呼ばれる数が存在することが[[マリア・ゲッパート＝メイヤー|メイヤー]]と[[ヨハネス・ハンス・イェンゼン|イェンゼン]]によって発見され、2人はこの法則を元に[[殻模型]]（[[シェルモデル]]）などの仮説を提唱した<ref>{{Harvtxt|Mayer|Jensen|2013}}</ref>。ただし、最近の不安定核の研究によって極端に中性子過剰な核などではこれまで知られてきた魔法数の系列が消失することが、[[液滴模型|液滴モデル]]、[[集団運動模型]]などの研究でわかってきている。

全ての核種の中で最も安定な原子核は、[[ニッケル]]の[[同位体]]の1つ[[ニッケル62]]（陽子28個、中性子34個）の原子核である<ref>{{Harvtxt|Fewell|1994}}</ref><ref>{{Cite web|last=R. Nave|first=Carl|year=2005|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/nucbin2.html|title=The Most Tightly Bound Nuclei|work=Hyperphysic|publisher={{enlink|Georgia State University|p=off|s=off}}|language=[[英語|English]]|accessdate=2008-02-17}}</ref>。

== 歴史 ==
{{Main|原子模型#原子模型の歴史|中性子#歴史}}
{{ external media
| width  = 300px
| align  = right
| video1 = [https://nazology.net/archives/108994 「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]]<ref>{{Harvtxt|Jammer|1989}}</ref>および[[1903年]]の[[長岡半太郎]]<ref>{{Harvtxt|Nagaoka|1903}}</ref>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<ref>{{Harvtxt|Rutherford|1911}}</ref>、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[[アルファ粒子|α線]]を接近させても[[クーロンの法則|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、[[硫化亜鉛|ZnS]]の[[シンチレータ|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<ref>{{Harvtxt|Rutherford|1919}}</ref>。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
:<chem>{}^4_2He + {}^14_7N -> {}^17_8O + {}^1_1H</chem>

と言う[[原子核反応|核反応]]によって生ずるものである。この結果を受けてラザフォードは、翌[[1920年]]に[[王立協会|ロンドン王立協会]]に於いて行なった講義の中で、原子核を構成する粒子には陽子の他に陽子とほとんど同じ質量で中性の粒子が存在すると予想した<ref>{{Harvtxt|Rutherford|1920}}</ref>。

その12年後、[[ジェームズ・チャドウィック]]によってラザフォードの予想通り[[中性子]]が発見され<ref>{{Harvtxt|Chadwick|1932a}}</ref><ref>{{Harvtxt|Chadwick|1932b}}</ref>、この事実を受けて[[ドミトリー・イワネンコ]]は原子核の構造についての従来の見解を改変し、「原子核の中には中性子と陽子だけが含まれており、電子は存在しない」という説を提唱した<ref>{{Harvtxt|Iwanenko|1932}}</ref>。[[ヴェルナー・ハイゼンベルク]]もこれを支持し、以後の原子核理論の方向性を決める事になったと言われる彼の3部作の論文『原子核の構造について1〜3（Über den Bau der Atomkerne I-III）』<ref>{{Harvtxt|Heisenberg|1932a}}</ref><ref>{{Harvtxt|Heisenberg|1932b}}</ref><ref>{{Harvtxt|Heisenberg|1933}}</ref>の基本仮定として採用される事となった<ref>{{Harvtxt|Miller|1995|pp=84–88}}</ref><ref>{{Harvtxt|Fernandez|Ripka|2012|p=263}}</ref>。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}

=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
=== 原論文 ===
* {{Cite journal|first=H.|last=Nagaoka|authorlink=長岡半太郎|url=https://doi.org/10.11429/subutsugaiyo1903.2.92 |title=Motion of particles in an ideal atom illustrating the line and band spectra and the phenomena of radio-activity|trans-title=スペクトル線と放射能做を表示すべき原子内分子の運動|journal=Tokyo Sugaku-Butsurigakukwai Kiji-Gaiyo|date=December 5, 1903|volume=2|issue=7|pages=92-107|oclc=898487755|issn=2185-2685|doi=10.11429/subutsugaiyo1903.2.92|ref=harv}}
* {{Cite journal|last=Rutherford|first=Ernest|authorlink=アーネスト・ラザフォード|date=April 1911|title=The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom|trans-title=物質によるα粒子とβ粒子の散乱と原子の構造|url=http://www.chemteam.info/Chem-History/Rutherford-1911/Rutherford-1911.html|journal={{enlink|Philosophical Magazine|p=off|s=off}}|series=Series 6|volume=21|issue=125|pages=669–688|issn=1478-6435|lccn=2003249007|oclc=476300855|doi=10.1080/14786440508637080|ref=harv}}
* {{Cite journal|title=Collisions of alpha Particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen.|url=http://web.lemoyne.edu/~giunta/rutherford.html|first=E.|last=Rutherford|authorlink=アーネスト・ラザフォード|journal=F. R. S.|publisher=The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science|series=6th series|volume=37|issue=581|date=1919|ref=harv}}
* {{Cite journal|title=Bakerian Lecture: Nuclear Constitution of Atoms|url=http://web.lemoyne.edu/~giunta/ruth1920.html|first=E.|last=Rutherford|authorlink=アーネスト・ラザフォード|journal=[[フィロソフィカル・トランザクションズ|Proc. Roy. Soc. A]]|volume=97|issue=686|pages=374-400|date=June 3, 1920|doi=10.1098/rspa.1920.0040|ref=harv}}
* {{Cite journal|title=Possible Existence of a Neutron|url=http://www.chemteam.info/Chem-History/Chadwick-neutron-letter.html|first=James|last=Chadwick|authorlink=ジェームズ・チャドウィック|journal=[[ネイチャー|Nature]]|volume=129|issue=3252|page=312|date=February 27, 1932|oclc=263593080|issn=0028-0836|bibcode=1932Natur.129Q.312C|doi=10.1038/129312a0|ref={{Sfnref|Chadwick|1932a}}}}
* {{Cite journal|title=The Existence of a Neutron|url=http://www.chemteam.info/Chem-History/Chadwick-1932/Chadwick-neutron.html|first=J.|last=Chadwick|authorlink=ジェームズ・チャドウィック|publisher=F.R.S.|journal=[[フィロソフィカル・トランザクションズ|Proc. Roy. Soc., A]]|volume=136|issue=830|pages=692-708|date=May 10, 1932|doi=10.1098/rspa.1932.0112|ref={{Sfnref|Chadwick|1932b}}}}
* {{cite journal|last=Iwanenko|first=D.D.|title=The neutron hypothesis|journal=Nature|volume=129|issue=3265|pages=798|date=28 May 1932|doi=10.1038/129798d0|bibcode=1932Natur.129..798I|ref=harv}}
* {{Cite journal|last=[[ヴィクトル・アンバルツミャン|Ambarzumian V.]]|first= Iwanenko D.|title=Les électrons inobservables et les rayons|оригинал=|url=|автор издания=|publisher=Compt. Rend. Acad. Sci. Paris|month= |oclc= |place=Paris|year=1930|том=190|volume=|pages=582|issn=|doi=|ref=Ambartsumian1930}}
* {{Cite journal|author= |title=[[ヴィクトル・アンバルツミャン|Ambarzumian V.]] — a life in science |trans-title=Astrophysics |number= |url= |place=London |month= |oclc= |publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer]] |year=2008 |volume=51 |pages=280—293 |issn= |doi=10.1007/s10511-008-9016-6 |lang=en |ref=Ambartsumian2008}}
* {{Cite journal|last=Heisenberg|first=W.|authorlink=ヴェルナー・ハイゼンベルク|title=Über den Bau der Atomkerne. I|trans-title=原子核の構造について 1|journal=[[ツァイトシュリフト・フュア・フィジーク|Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei]]|publisher=[[シュプリンガー・サイエンス・アンド・ビジネス・メディア|Springer-Verlag]]|volume=77|issue=1-2|pages=1–11|year=1932|month=January|oclc=884174965|issn=0044-3328|doi=10.1007/BF01342433|bibcode=1932ZPhy...77....1H|ref={{Sfnref|Heisenberg|1932a}}}}
* {{Cite journal|last=Heisenberg|first=W.|authorlink=ヴェルナー・ハイゼンベルク|title=Über den Bau der Atomkerne. II|trans-title=原子核の構造について 2|journal=[[ツァイトシュリフト・フュア・フィジーク|Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei]]|publisher=[[シュプリンガー・サイエンス・アンド・ビジネス・メディア|Springer-Verlag]]|volume=78|issue=3–4|pages=156–164|year=1932|month=March|oclc=884174965|issn=0044-3328|doi=10.1007/BF01337585|bibcode=1932ZPhy...78..156H|ref={{Sfnref|Heisenberg|1932b}}}}
* {{Cite journal|last=Heisenberg|first=W.|authorlink=ヴェルナー・ハイゼンベルク|title=Über den Bau der Atomkerne. III|trans-title=原子核の構造について 3|journal=[[ツァイトシュリフト・フュア・フィジーク|Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei]]|publisher=[[シュプリンガー・サイエンス・アンド・ビジネス・メディア|Springer-Verlag]]|volume=80|issue=9–10|pages=587–596|year=1933|month=September|oclc=884174965|issn=0044-3328|doi=10.1007/BF01335696|bibcode=1933ZPhy...80..587H|ref=harv}}
* {{Cite journal|first=M. P.|last=Fewell|date=20 January 1994|url=http://www.physics.smu.edu/scalise/quarknet2008/FewellAJP000653.pdf|title=The atomic nuclide with the highest mean binding energy|format=[[Portable Document Format|PDF]]|location=[[カレッジパーク (メリーランド州)|College Park, MD]]|publisher={{enlink|American Association of Physics Teachers|AAPT|p=off|s=off}}|journal={{enlink|American Journal of Physics|Am. J. Phys.|p=off|s=off}}|volume=63|issue=7|pages=653-658|issn=0002-9505|lccn=2007233687|oclc=41666673|doi=10.1119/1.17828|bibcode=1995AmJPh..63..653F|ref=harv}}


Neutron to be Tightly Bound Proton-Electron Pair and Nucleus to be Constituted by Protons and Internal Electrons
https://www.researchgate.net/publication/352262244_Neutron_to_be_Tightly_Bound_Proton-Electron_Pair_and_Nucleus_to_be_Constituted_by_Protons_and_Internal_Electrons

https://www.researchgate.net/publication/358009569_Neutron_is_the_Tightly_Bound_Proton-Electron_and_the_nucleus_is_constituted_by_proton_and_internal_electrons

=== 書籍 ===
* {{Cite book|first=Max|last=Jammer|authorlink=マックス・ヤンマー|title=The Conceptual Development of Quantum Mechanics|series=History of Modern Physics, 1800-1950|edition=2 Sub|volume=12|location=[[ロサンゼルス|Los Angeles]], [[カリフォルニア州|Calif]].|publisher=Tomash Publishers|year=1989|month=October|page=71|isbn=978-0883186176|ncid=BA07734469|oclc=19517065|lccn=89006639|asin=0883186179|ref=harv}}
* {{Cite book|last=Miller|first=A. I.|title=Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook|publisher=[[ケンブリッジ大学出版局|Cambridge University Press]]|location=[[ケンブリッジ|Cambridge]]|date=October 27, 1995|ncid=BA26783610|asin=0521568919|oclc=37591062|isbn=0521568919|ref=harv}}
* {{cite book|last1=Fernandez|first1=Bernard|last2=Ripka|first2=Georges|title=Unravelling the Mystery of the Atomic Nucleus: A Sixty Year Journey 1896 — 1956|chapter=Nuclear Theory After the Discovery of the Neutron|chapterurl=https://books.google.com/books?id=4PxRBakqFIUC&pg=PA263|date=September 28, 2012|location=[[ニューヨーク|New York]]|publisher=Springer|ncid=BB15541741|asin=1461441803|oclc=812016927|isbn=9781461441809|id={{ASIN|B00AK9N5KI}}|ref=harv}}
* {{Cite book|first1=Maria Goeppert|last1=Mayer|first2=J Hans D|last2=Jensen|authorlink1=マリア・ゲッパート＝メイヤー|authorlink2=ヨハネス・ハンス・イェンゼン|title=Elementary Theory of Nuclear Shell Structure|date=February 23, 2013|origdate=1955|publisher=Literary Licensing, LLC|oclc=537631|asin=1258591200|isbn=978-1258591205|ref=harv}}

== 関連項目 ==
{{Wiktionary|原子核}}
* [[原子]]
*[[原子核物理学]]
*[[原子核反応]]
**[[原子核分裂]]
***[[原子爆弾]]（[[核兵器]]）
***[[原子力発電]]
**[[核融合]]（[[原子核融合]]）
***[[水素爆弾]]（[[核兵器]]）
*[[強い相互作用]]
*[[エキゾチック原子核]]
*[[宇宙の元素合成]]
*[[リーマンゼータ関数]]

== 外部リンク ==
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