Kodolfizikas pamati

Deviņpadsmitajā gadsimtā zinātnieki uzskatīja, ka atomi ir nedalāmi un, ka tiem nav iekšējās struktūras. Pirmās idejas par atoma struktūru 1898. gadā izteica Tomsons (Joseph John Thomson). Pēc viņa uzskatiem jebkura elementa atoms sastāv no vienmērīgi pozitīvi lādētas sfēras, kurā kustas negatīvi lādēti elektroni. Vēlākos eksperimentos pats Tomsons atklāja, ka elektronu daudzums atomā ir neliels, tas nozīmēja, ka elektronu masa veido tikai nelielu daļiņu no atoma kopējās masas. Izdarot kopējus secinājums, varēja pieņemt, ka atoma modelis izveidots no pozitīvajiem un negatīvajiem lādiņiem.

1904. gadā japāņu fiziķis Nagaoka (Hantaro Nagaoka) izteica hipotēzi, kas ir apbrīnojami līdzīga mūsdienu priekšstatam par atoma uzbūvi. Veicot teorētiskus aprēķinus un sistematizējot spektra līniju atstarpes pēc empīriskām matemātiskajām formulām, viņš konstatēja, ka ir daudz mazākas svārstību harmonikas regulārajā spektrā, dažādiem elementiem, kas ietekmē magnētiskā lauka frekvenču joslu. Nagaoka pieņēma, ka eksistē sistēma, kas sastāv no daļiņām ar noteiktu enerģiju, kas izkārtotas intervālos uz riņķa līnijas un aptver citas daļiņas, kam ir pretēja enerģija un tās kaut kādā attālumā izvietotas riņķa centrā. Viņš salīdzināja atoma uzbūvi ar planētas Saturns uzbūvi, kurā līdzsvars realizējas tādejādi, ka smagākais centrālais ķermenis pievelk vieglākās gredzenu veidojošās daļiņas [6., 445. lpp.]

Mūsdienu uzskati par atoma uzbūvi saistīti ar radioaktīvā starojuma pētīšanu. Angļu fiziķis Rezerfords (Ernest Rutherford) pamanīja, ka eksperimentos ar radioaktīvo elementu alfa (α) daļiņām, tās, ejot cauri plānām metāla plāksnītēm – folijām, izkliedējas. Šo faktu izskaidrot ar Tomsona atoma modeli neizdevās, jo nebija skaidrs, kāpēc atsevišķu daļiņu izkliedes leņķis ir lielāks. Rezerfords izvirzīja savu atoma modeli, pēc kura atoma pozitīvais lādiņš koncentrēts nelielā telpas rajonā, ap kuru riņķo atoma elektroni. Saskaņā ar Rezerforda modeli alfa daļiņu stipro nolieci var izskaidrot ar to, ka pozitīvi lādētās α daļiņas pienāk tuvu pozitīvi lādētajam kodolam un stipri atgrūžas.

Kopēju apkopojumu par atomu un tā planetāro struktūru ir sniedzis dāņu fiziķis Bors (Niels Henrik David Bohr), kura atoma modelis balstās uz reducētu Rezerforda atoma modeli. Bora atoma modelis tika izstrādāts kā primitīvs ūdeņraža atoma modelis, kuram pozitīvais lādiņš ir novietots centrā un ap to riņķo negatīvi lādētas daļiņas – elektroni, kas ir ar noteiktu masu. Bors atoma planetāro modeli salīdzināja ar saules sistēmu, kurai smagākā daļiņa novietota centrā, bet vieglākās – planētas riņķo ap to pa noteiktu orbītu. Tikai atšķirība ir tā, ka planētām, riņķojot pa noteiktu orbītu, nemainās laika periods, kādā tiek veikts viens šis orbītas garums, bet elektroniem šis periods ir dažāds, jo tie maina savas orbītas. Bors izteica pieņēmumu par to, ka, ja visu noteiktu tikai elektromagnētiskie spēki, tad visi elektroni izvietotos vienā noteiktā orbītā, kā to nosaka likumi. Šo elektronu orbītu maiņu eksperimentāli varēja noteikt, veicot spektrālos mērījumus, kas katram elementam ir atšķirīgi [8., 10 13. lpp.].