핵의 구조

원자모형과 핵

원자 속에서 전자가 방출된다는 것이 관측되어 그때까지 기본입자라고 생각하여 원자(atom)이라고 이름 붙였던 것이 무의미하게 되어 버렸다. 그러면 전자를 가지고 있는 이 원자는 어떤 구조를 하고 있을까? 이에 대한 몇 가지 제안이 1903년부터 톰슨 등으로부터 있어왔지만 1910년경 러더퍼드가 원자를 알파 입자의 탐침으로 어루만져본 결과로 생각한 원자모형이 가장 그럴 듯하였다.

이 러더퍼드의 원자모형은 + 전하를 띤 중앙의 핵 주위로 전자가 궤도운동을 한다는 것이었다. 이 모형은 마치 태양주위를 지구와 같은 행성들이 돌고 있는 태양계를 그대로 닮아 있어 아주 신비로운 느낌을 당시의 사람들에게 심어주었다. 아주 작은 원자의 세계가 아주 큰 우주를 닮았다!

러더퍼드는 알파입자가 원자핵에서 산란될 때 다가가는 거리가 10^-14m 보다 작을 때에는 핵과 알파입자 사이의 힘이 쿨롱의 척력과 달라진다는 것을 알았다. 이는 알파입자가 핵과 거의 직접충돌이 일어나는 것을 보였고, 이로부터 핵의 크기를 추정할 수 있었다. 러더퍼드 이후에 핵의 크기를 추정할 수 있는 많은 실험이 있었는 데 역시 입자를 산란시키는 방법을 이용하였다. 예를 들어 전자와 중성자도 사용되었는 데 전자의 경우는 중성자나 알파입자와 달리 오직 전기력만 작용하고, 반면에 중성자의 경우 핵력만 작용하기 때문에 서로 보완적인 정보를 얻을 수 있다.

이러한 실험을 거쳐서 다음과 같은 핵의 실체를 파악할 수 있었다.

1. 원자의 구성요소로서 원자 질량의 대부분을 차지하고 있다.

2. + 전하를 띠고 있으며 전하량은 (기본전하량 x 원자번호) 이다.

3. 크기는 원자의 규모에 비하여 거의 점이라고 할 수 있을 정도로 작다. 그러나 원자의 질량수의 세제곱근에 비례하여 질량수가 커지면 같이 커진다.

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