תרשים המתאר אטום הליום (מימין למעלה: הגרעין)
**גרעין האטום** היא תאוריה מדעית המתארת אזור במרכז האטום המורכב מנוקליאונים – פרוטונים ונייטרונים – הקשורים זה לזה כתוצאה מהכוח הגרעיני.

מימן-1 הוא האיזוטופ היחיד שגרעין האטום שלו כולל רק פרוטון, ללא נייטרונים וללא אנרגיית קשר גרעינית. כל שאר גרעיני האטומים כוללים הן פרוטונים והן נייטרונים.

הפרוטונים הם בעלי מטען חשמלי חיובי. מספר הפרוטונים בגרעין אטום הוא המספר האטומי של אותו אטום. מספר זה קובע איזה יסוד כימי מהווה האטום. לנייטרונים אין מטען חשמלי. מספר הנייטרונים קובע את האיזוטופ שאותו אטום מהווה, במסגרת אותו יסוד. לכל יסוד יש כמה איזוטופים בעלי תכונות כימיות כמעט זהות, אך תכונות פיזיקליות שונות, בפרט בתחום הפיזיקה הגרעינית, בכלל זאת תכונות הרדיואקטיביות של האטום. סכום מספר הפרוטונים והנייטרונים הוא מספר המסה של האטום. מספר המסה כמעט זהה למסה האטומית של האטום, כשהיא נמדדת ביחידות u.

אף על פי שגרעין האטום מכיל את הרוב המכריע של מסת האטום, נפחו של גרעין האטום הוא זעיר ביחס לנפחו המלא של האטום. רדיוס הגרעין הוא בסדר גודל של פרמי (‎10-15‎ מטר), לעומת רדיוס האטום, הנמדד בסדרי גודל של אנגסטרום (‎10-10‎ מטר). למעשה רוב נפחו של היקום הוא ריק, וכך גם לגבי העצמים אותם אנו חשים כבעלי נפח, הם למעשה ריקים ביותר מ-13 סדרי גודל מהנפח הכולל. הסיבה לכך היא שכל אטום מורכב מאלקטרונים וגרעין האטום, התופסים נפח מזערי מכלל הנפח המוגדר באורביטלי האטום.

מכיוון שמטענם החשמלי של הפרוטונים הוא חיובי, בעוד לנייטרונים יש מטען חשמלי אפסי, המטען החשמלי הכולל של גרעין האטום הוא תמיד חיובי. הוא שווה למספר הפרוטונים כפול המטען החשמלי של הפרוטון, שהוא ‎1.6021766208×10-19‎ קולון.

על פי המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, הכוחות הפועלים בתוך חלקיקי היסוד של הפרוטונים והנייטרונים שבגרעין האטום הם הכוח החזק והכוח החלש.

יציבותו של גרעין האטום
----------------------

גרף-טבלת כל האיזוטופים של כל היסודות. ציר ה-X מסמן את מספר הפרוטונים שבכול גרעין וציר ה-Y את מספר הנייטרונים. הנקודות השחורות מסמלות את האיזוטופים היציבים והצבעוניות את אלו שאינם. צבע הנקודות הצבעוניות מסמן את סוג ההתפרקות, שעובר האיזוטופ, שאינו יציב.
בין הפרוטונים שבגרעין מתקיימת דחיה חשמלית, מכיוון שיש להם מטענים חשמליים זהים. כתוצאה מדחייה זו, הגרעין שואף להתפרק. אולם, הכוח הגרעיני מושך את הנוקליאונים זה לזה ומונע את התפרקות הגרעין. עוצמת הכוח הגרעיני בין שני גופים פוחתת עם המרחק, בקצב גדול בהרבה מפחיתת הכוח החשמלי. לפיכך, הכוח הגרעיני אינו מצליח להתגבר על הדחייה החשמלית בין הפרוטונים בגרעינים גדולים. לכן, כל היסודות בעלי מספר אטומי גבוה מזה של עופרת הם יסודות רדיואקטיביים, כלומר, יסודות שאין להם אף איזוטופ יציב ולכל גרעיני האטומים שלהם זמן מחצית חיים מוגבל.

גם גרעין עם עודף נייטרונים נוטה להתפרק. לרוב, גרעין כזה עובר דעיכת בטא מינוס, כאשר נייטרון שבו הופך לפרוטון, תוך שחרור אלקטרון ואנטיניוטרינו אלקטרוני. כך, לדוגמה, גרעין של האיזוטופ פחמן-14, המכיל 6 פרוטונים ו-8 נייטרונים, דועך לגרעין של האיזוטופ חנקן-14, המכיל 7 פרוטונים ו-7 נייטרונים.

גרעין שאינו יציב מסוגל לעבור התפרקות רדיואקטיבית תוך כדי פליטת קרינה. התהליך יכול להיות טבעי או מעשה ידי אדם, כגון במקרה של ביקוע גרעיני מלאכותי. הקרינה נפלטת בכמה צורות אפשריות:

* קרינת אלפא. חלקיק אלפא הוא גרעין הליום (אטום הליום-4 מיונן). כל גרעין כזה מורכב משני פרוטונים ושני נייטרונים.
* קרינת בטא. חלקיק בטא הוא אלקטרון או פוזיטרון. בעת דעיכת בטא, האלקטרון או הפוזיטרון נפלט יחד עם חלקיק אנטיניוטרינו או ניוטרינו.
* קרינת גמא. חלקיק גמא הוא פוטון. קרינת גמא היא סוג של קרינה אלקטרומגנטית, תדרי הפוטונים נמצאים באזור עשר בחזקת עשרים הרץ (קרינת גמא) אך ישנם מקרים בהם נפלטת קרינה חלשה יותר (אולטרה סגולה) או חזקה יותר (קרינה קוסמית), התדר ואנרגיית הפוטון תלויים באנרגיית הקשר הגרעינית של אותו האטום.

התפרקות רדיואקטיבית היא תופעה קוונטית ועל כן, היא בעלת אופי הסתברותי. הווה אומר, אי אפשר לדעת מתי בדיוק יתפרק חלקיק מסוים, אך אפשר לדעת מה ההסתברות שלו להתפרק בכל פרק זמן נתון.

למימן יש רק שלושה איזוטופים (מימן-1, מימן-2 ומימן-3) והוא היסוד בעל מגוון האיזוטופים הנמוך ביותר. לקסנון ולצזיום יש את מגוון האיזוטופים הגבוה ביותר – קיימים 40 איזוטופים של כל אחד מהיסודות. מרבית האיזוטופים אינם יציבים; לקסנון יש 6 איזוטופים יציבים ולצזיום יש איזוטופ יציב אחד.

אי של יציבות הוא חיזוי תאורטי לפיו ישנן קבוצות של איזוטופים בעלות "מספר קסם" של פרוטונים ונייטרונים, המקיימות זמן מחצית חיים ארוך באופן ניכר, של דקות, ימים ואף מיליוני שנים.

ראו גם
------

* נוסחת המסה של ויצאקר
* נוקליד
* פיזיקה גרעינית
* הכוח הגרעיני
* אנרגיית קשר גרעינית

קישורים חיצוניים
----------------

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא **גרעין האטום** בוויקישיתוף

הערות שוליים
------------

1. ↑  Donavyn Coffey, Why is space a vacuum, באתר livescience.com, ‏19 בספטמבר 2020 (באנגלית)
2. ↑  עבור האטום מימן הקטן ביותר
3. ↑  Questions and Answers - How much of an atom is empty space?, באתר education.jlab.org
4. ↑  "CODATA Value: elementary charge". NIST. 25 ביוני 2015. נבדק ב-27 במרץ 2017. `{{cite web}}`:  (עזרה)
5. ↑  "Livechart - Table of Nuclides - Nuclear structure and decay data". IAEA. נבדק ב-27 במרץ 2017. `{{cite web}}`:  (עזרה)
6. ↑  ראו הסבר מפורט בעברית במאמר דפנה מנדלר ומירי קסנר, "ניקל-48:הקסם הכפול", על­-כימיה, ספטמבר 2001 (1)
7. ↑  Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability

| חלקיקים בפיזיקה |
| --- |
| חלקיקים יסודיים |
| בוזונים | בוזוני כיול (פוטון • גלואון • בוזון W+ • בוזון W- • בוזון Z0) • בוזון היגס |
| קווארקים | למעלה (קווארק • אנטיקווארק) • למטה (קווארק • אנטיקווארק) • קסום (קווארק • אנטיקווארק) • מוזר (קווארק • אנטיקווארק) • עליון (קווארק • אנטיקווארק) • תחתון (קווארק • אנטיקווארק) |
| לפטונים | אלקטרון • פוזיטרון • מואון • אנטימואון • טאו • אנטיטאו • ניוטרינו • אנטיניוטרינו • ניוטרינו אלקטרוני • אנטיניוטרינו אלקטרוני • ניוטרינו מואוני • אנטיניוטרינו מואוני • ניוטרינו טאואוני • אנטיניוטרינו טאואוני |
| חלקיקים מורכבים |
| באריונים | נוקליאונים (פרוטון • נייטרון) • אנטיפרוטון • אנטינייטרון • היפרונים • באריון אקזוטי (פנטאקווארק) • הפטאקווארק • הקסאקווארק |
| מזונים | פאיון • קאון • אטא • פי • מזון D • מזון J/psi • מזון B • אופסילון • מזון אקזוטי (טטראקווארק) • Y(4140) |
| לא האדרונים | גרעין האטום • אטום • מולקולה • אטומים אקזוטיים (אנ') (מואוניום) |
| חלקיקים היפותטיים |
| בוזונים | גרביטון • מזון אקזוטי • כדור גלואונים |
| פרמיונים | באריון אקזוטי |
| שותפי על | גרביטינו • לא גאוג'ינואים (ניוטרלינו • צ'רג'ינו) |
| אחרים | טכיון • מונופול מגנטי • פראון |

| חלקיקים בפיזיקה - חלקיקים מרוכבים |
| --- |
| 

|  |
| --- |
| מולקולה • אטום • גרעין האטום • אטומים אקזוטיים (אנ') (מואוניום)

האדרון • באריון • מזון • באריון אקזוטי • מזון אקזוטי • טטראקווארק • פנטאקווארק • הקסאקווארק • הפטאקווארק |

 |

|  |  |
| --- | --- |
| בקרת זהויות עריכת הנתון בוויקינתונים | 
* GND: 4068924-4
* NDL: 00562376
* NKC: ph170603

 |