Atomic nucleus
અણુ કેન્દ્રક એ અણુના કેન્દ્રમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો બનેલો નાનો, ગાઢ પ્રદેશ છે, જેની શોધ અર્નેસ્ટ રધરફર્ડ દ્વારા 1909ના ગીગર-માર્સડેન સોનાની વરખના પ્રયોગના આધારે 1911માં કરવામાં આવી હતી. 1932માં ન્યુટ્રોનની શોધ પછી, દિમિત્રી ઇવાનેંકો અને વર્નર હેસેનબર્ગ દ્વારા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનથી બનેલા ન્યુક્લિયસ માટેના નમૂનાઓ ઝડપથી વિકસાવવામાં આવ્યા હતા. અણુ હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા ન્યુક્લિયસથી બનેલો હોય છે, જેની આસપાસ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોનનું વાદળ હોય છે, જે સ્થિરવિદ્યુત બળ દ્વારા એકબીજા સાથે બંધાયેલ હોય છે. પરમાણુનું લગભગ તમામ દળ ન્યુક્લિયસમાં સ્થિત છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રોન વાદળનું ખૂબ જ નાનું યોગદાન છે. પરમાણુ બળ દ્વારા કેન્દ્રક રચવા માટે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન એકબીજા સાથે જોડાયેલા હોય છે. ન્યુક્લિયસનો વ્યાસ હાઇડ્રોજન (એક જ પ્રોટોનનો વ્યાસ) માટે લગભગ યુરેનિયમ માટે () ની રેન્જમાં હોય છે. આ પરિમાણો અણુના વ્યાસ (ન્યુક્લિયસ + ઇલેક્ટ્રોન વાદળ) કરતા ઘણા નાના છે, લગભગ 26,634 (યુરેનિયમ પરમાણુ ત્રિજ્યા લગભગ ()) થી લગભગ 60,250 (હાઇડ્રોજન પરમાણુ ત્રિજ્યા લગભગ) ના પરિબળ દ્વારા. પરમાણુ કેન્દ્રકના અભ્યાસ અને સમજણ સાથે સંબંધિત ભૌતિકશાસ્ત્રની શાખા, જેમાં તેની રચના અને તેને એકસાથે બાંધતા બળોનો સમાવેશ થાય છે, તેને પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર કહેવામાં આવે છે. પરિચય ઇતિહાસ અણુના થોમસનના "પ્લમ પુડિંગ મોડેલ" નું પરીક્ષણ કરવાના અર્નેસ્ટ રધરફર્ડના પ્રયાસોના પરિણામે 1911માં ન્યુક્લિયસની શોધ થઈ હતી. ઇલેક્ટ્રોનની શોધ પહેલેથી જ જે. જે. થોમસન દ્વારા કરવામાં આવી હતી. અણુઓ વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે તે જાણીને, જે. જે. થોમસને એવું માન્યું હતું કે હકારાત્મક ચાર્જ પણ હોવો જોઈએ. તેમના પ્લમ પુડિંગ મોડેલમાં, થોમસને સૂચવ્યું હતું કે અણુમાં હકારાત્મક ચાર્જના ગોળામાં અવ્યવસ્થિત રીતે વિખેરાયેલા નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. અર્નેસ્ટ રધરફર્ડે પાછળથી તેમના સંશોધન ભાગીદાર હંસ ગીગર સાથે અને અર્નેસ્ટ માર્સડેનની મદદથી એક પ્રયોગ તૈયાર કર્યો, જેમાં ધાતુની વરખની પાતળી શીટ પર નિર્દેશિત આલ્ફા કણો (હિલીયમ ન્યુક્લિયસ) નું વિક્ષેપણ સામેલ હતું. તેમણે તર્ક આપ્યો હતો કે જો જે. જે. થોમસનનું મોડેલ સાચું હોય, તો હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ આલ્ફા કણો તેમના માર્ગમાં ખૂબ જ ઓછા વિચલન સાથે સરળતાથી વરખમાંથી પસાર થઈ જશે, કારણ કે જો નકારાત્મક અને સકારાત્મક ચાર્જ એટલા ગાઢ રીતે મિશ્રિત હોય તો વરખ વિદ્યુત તટસ્થ તરીકે કાર્ય કરે છે જેથી તે તટસ્થ દેખાય. તેમના આશ્ચર્ય માટે, ઘણા કણો ખૂબ મોટા ખૂણાઓ પર વિક્ષેપિત થયા હતા. કારણ કે આલ્ફા કણનું દળ ઇલેક્ટ્રોન કરતાં લગભગ 8000 ગણું વધારે છે, તે સ્પષ્ટ બન્યું કે જો તે વિશાળ અને ઝડપથી ચાલતા આલ્ફા કણોને વિક્ષેપિત કરી શકે તો ખૂબ જ મજબૂત બળ હાજર હોવું જોઈએ. તેમને સમજાયું કે પ્લમ પુડિંગ મોડેલ સચોટ ન હોઈ શકે અને આલ્ફા કણોના વળાંકને ત્યારે જ સમજાવી શકાય જ્યારે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જ એકબીજાથી અલગ કરવામાં આવે અને અણુનું દળ હકારાત્મક ચાર્જનું કેન્દ્રિત બિંદુ હોય. આ હકારાત્મક ચાર્જ અને દળના ગાઢ કેન્દ્ર સાથે પરમાણુ અણુના વિચારને વાજબી ઠેરવે છે. વ્યુત્પત્તિ શબ્દ ન્યુક્લિયસ લેટિન શબ્દમાંથી આવ્યો છે, જે ('નટ') નો લઘુરૂપ છે, જેનો અર્થ થાય છે 'કર્નલ' (એટલે કે, 'નાના નટ') જે પાણીના પ્રકારનાં ફળ (જેમ કે પીચ) ની અંદર હોય છે. 1844 માં, માઈકલ ફેરાડેએ આ શબ્દનો ઉપયોગ "અણુના કેન્દ્રીય બિંદુ" નો સંદર્ભ આપવા માટે કર્યો હતો. આધુનિક અણુ અર્થની દરખાસ્ત અર્નેસ્ટ રધરફર્ડ દ્વારા 1912માં કરવામાં આવી હતી. જોકે, અણુ સિદ્ધાંતમાં "ન્યુક્લિયસ" શબ્દનો સ્વીકાર તાત્કાલિક ન હતો. ઉદાહરણ તરીકે, 1916 માં, ગિલ્બર્ટ એન. લુઇસે તેમના પ્રખ્યાત લેખ ધ એટમ એન્ડ ધ મોલેક્યુલમાં જણાવ્યું હતું કે, "અણુ કર્નલ અને બાહ્ય અણુ અથવા શેલથી બનેલો છે". તેવી જ રીતે, જર્મન અને ડચમાં કેર્ન એટલે કે કર્નલ શબ્દનો ઉપયોગ ન્યુક્લિયસ માટે થાય છે. અણુના કેન્દ્રમાં ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનનો સમાવેશ થાય છે, જે બદલામાં ક્વોર્ક તરીકે ઓળખાતા વધુ પ્રાથમિક કણોની અભિવ્યક્તિ છે, જે પરમાણુ મજબૂત બળ દ્વારા હૅડ્રોનના ચોક્કસ સ્થિર સંયોજનોમાં જોડાયેલા હોય છે, જેને બેરિયોન કહેવાય છે. પરમાણુ બળ દરેક બેરિયોનથી દૂર સુધી વિસ્તરે છે જેથી ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનને હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા પ્રોટોન વચ્ચેના પ્રતિકારક વિદ્યુત બળ સામે એક સાથે બાંધી શકાય. પરમાણુ બળ ખૂબ જ ટૂંકી શ્રેણી ધરાવે છે, અને અનિવાર્યપણે ન્યુક્લિયસની ધારની બહાર શૂન્ય સુધી ઘટી જાય છે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા ન્યુક્લિયસની સામૂહિક ક્રિયા એ છે કે ન્યુક્લિયસની આસપાસ તેમની ભ્રમણકક્ષામાં વિદ્યુત નકારાત્મક ચાર્જ કરેલા ઇલેક્ટ્રોનને પકડી રાખવા. ન્યુક્લિયસની પરિભ્રમણ કરતા નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા ઇલેક્ટ્રોનનો સંગ્રહ ચોક્કસ રૂપરેખાંકનો અને ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા માટે આકર્ષણ દર્શાવે છે જે તેમની ભ્રમણકક્ષાઓને સ્થિર બનાવે છે. અણુ કયા રાસાયણિક તત્વનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે તે ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા દ્વારા નક્કી થાય છે; તટસ્થ અણુમાં તે ન્યુક્લિયસની પરિભ્રમણ કરતા સમાન સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન હશે. વ્યક્તિગત રાસાયણિક ઘટકો તેમના ઇલેક્ટ્રોનને વહેંચવા માટે સંયોજન કરીને વધુ સ્થિર ઇલેક્ટ્રોન રૂપરેખાંકનો બનાવી શકે છે. તે એ છે કે ન્યુક્લિયસ વિશે સ્થિર ઇલેક્ટ્રોનિક ભ્રમણકક્ષાઓ બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોનની વહેંચણી જે આપણને આપણા મેક્રો વિશ્વની રસાયણશાસ્ત્ર તરીકે દેખાય છે. પ્રોટોન ન્યુક્લિયસના સંપૂર્ણ ચાર્જને વ્યાખ્યાયિત કરે છે, અને તેથી તેની રાસાયણિક ઓળખ. ન્યુટ્રોન વિદ્યુત રીતે તટસ્થ હોય છે, પરંતુ ન્યુક્લિયસના દળમાં લગભગ પ્રોટોન જેટલું જ યોગદાન આપે છે. ન્યુટ્રોન આઇસોટોપ્સ (વિવિધ અણુ સમૂહ સાથે સમાન અણુ સંખ્યા) ની ઘટનાને સમજાવી શકે છે. ન્યુટ્રોનની મુખ્ય ભૂમિકા ન્યુક્લિયસની અંદર ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રતિકર્ષણને ઘટાડવાની છે. રચના અને આકાર પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન એ મજબૂત આઇસોસ્પિન ક્વોન્ટમ નંબરના વિવિધ મૂલ્યો સાથે ફર્મિઓન છે, તેથી બે પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન સમાન અવકાશ તરંગ કાર્યને વહેંચી શકે છે કારણ કે તેઓ સમાન ક્વોન્ટમ અસ્તિત્વ નથી. તેમને કેટલીકવાર એક જ કણો, ન્યુક્લિયોનની બે અલગ-અલગ ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓ તરીકે જોવામાં આવે છે. બે ફર્મિઓન, જેમ કે બે પ્રોટોન, અથવા બે ન્યુટ્રોન, અથવા પ્રોટોન + ન્યુટ્રોન (ડ્યુટેરોન) જ્યારે જોડીમાં ઢીલી રીતે બંધાયેલા હોય ત્યારે બોસોનીક વર્તન પ્રદર્શિત કરી શકે છે, જેમાં પૂર્ણાંક સ્પિન હોય છે. હાયપરન્યુક્લિયસના દુર્લભ કિસ્સામાં, હાયપરોન તરીકે ઓળખાતો ત્રીજો બેરિયોન, જેમાં એક અથવા વધુ વિચિત્ર ક્વાર્ક અને/અથવા અન્ય અસામાન્ય ક્વાર્ક (ઓ) હોય છે, તે પણ તરંગ કાર્યને વહેંચી શકે છે. જો કે, આ પ્રકારનું કેન્દ્ર અત્યંત અસ્થિર છે અને ઉચ્ચ-ઊર્જા ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રયોગો સિવાય પૃથ્વી પર જોવા મળતું નથી. ન્યુટ્રોન પાસે ≈ 0.3 fm ત્રિજ્યાનો હકારાત્મક ચાર્જ કોર છે, જે 0.3 fm અને 2 fm વચ્ચે ત્રિજ્યાના વળતર નકારાત્મક ચાર્જથી ઘેરાયેલો છે. પ્રોટોન લગભગ 0.8 એફ. એમ. ની સરેરાશ ચોરસ ત્રિજ્યા સાથે લગભગ ઝડપથી ક્ષીણ થતું હકારાત્મક ચાર્જ વિતરણ ધરાવે છે. ન્યુક્લી ગોળાકાર, રગ્બી બોલ આકારના (પ્રોલેટ વિરૂપતા), ડિસ્કસ આકારના (ઓબ્લેટ વિરૂપતા), ટ્રાઇએક્સિયલ (ઓબ્લેટ અને પ્રોલેટ વિરૂપતાનું સંયોજન) અથવા પિઅર આકારના હોઈ શકે છે. ન્યુક્લી બળો અવશેષ મજબૂત બળ (પરમાણુ બળ) દ્વારા એકબીજા સાથે બંધાયેલા હોય છે. શેષ મજબૂત બળ એ મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું નાનું અવશેષ છે જે ક્વોર્કને પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બનાવવા માટે એક સાથે જોડે છે. ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોન વચ્ચે આ બળ ઘણું નબળું હોય છે કારણ કે તે મોટાભાગે તેમની અંદર તટસ્થ હોય છે, તે જ રીતે તટસ્થ અણુઓ વચ્ચેના વિદ્યુતચુંબકીય બળો (જેમ કે વેન ડર વાલ્સ દળો કે જે બે નિષ્ક્રિય વાયુ પરમાણુઓ વચ્ચે કાર્ય કરે છે) વિદ્યુતચુંબકીય બળો કરતાં ખૂબ નબળા હોય છે જે અણુના ભાગોને આંતરિક રીતે એક સાથે રાખે છે (ઉદાહરણ તરીકે, તેના કેન્દ્રક સાથે બંધાયેલા નિષ્ક્રિય વાયુ અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનને પકડનારા બળો). પરમાણુ બળ લાક્ષણિક ન્યુક્લિયોન વિભાજનના અંતરે અત્યંત આકર્ષક હોય છે, અને આ વિદ્યુતચુંબકીય બળને કારણે પ્રોટોન વચ્ચેના વિકર્ષણને ડૂબી જાય છે, આમ ન્યુક્લિયસનું અસ્તિત્વ રહે છે. જો કે, શેષ મજબૂત બળ મર્યાદિત શ્રેણી ધરાવે છે કારણ કે તે અંતર સાથે ઝડપથી ક્ષીણ થાય છે (જુઓ યુકાવા પોટેન્શિયલ); આમ માત્ર ચોક્કસ કદ કરતા નાના ન્યુક્લિયસ સંપૂર્ણપણે સ્થિર હોઈ શકે છે. સૌથી મોટું જાણીતું સંપૂર્ણપણે સ્થિર ન્યુક્લિયસ (એટલે કે. આલ્ફા, બીટા અને ગામા ક્ષય માટે સ્થિર) લીડ-208 છે જેમાં કુલ 208 ન્યુક્લિયોન (126 ન્યુટ્રોન અને 82 પ્રોટોન) છે. આ મહત્તમ કરતાં મોટા ન્યુક્લિયસ અસ્થિર હોય છે અને મોટી સંખ્યામાં ન્યુક્લિયોન્સ સાથે વધુને વધુ અલ્પજીવી હોય છે. જો કે, બિસ્મથ-209 બીટા ક્ષય માટે પણ સ્થિર છે અને બ્રહ્માંડની ઉંમર કરતાં એક અબજ ગણો લાંબો હોવાનો અંદાજ ધરાવતા કોઈપણ જાણીતા આઇસોટોપનું આલ્ફા ક્ષય માટે સૌથી લાંબુ અર્ધ-જીવન ધરાવે છે. શેષ મજબૂત બળ ખૂબ જ ટૂંકી શ્રેણી (સામાન્ય રીતે માત્ર થોડા ફેમટોમીટર (એફ. એમ.); આશરે એક કે બે ન્યુક્લિયોન વ્યાસ) પર અસરકારક હોય છે અને ન્યુક્લિયોનની કોઈપણ જોડી વચ્ચે આકર્ષણનું કારણ બને છે. ઉદાહરણ તરીકે, [એન. પી.] ડ્યુટેરોન રચવા માટે પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન વચ્ચે, અને પ્રોટોન અને પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન અને ન્યુટ્રોન વચ્ચે પણ. પરમાણુ બળની શ્રેણીની અસરકારક સંપૂર્ણ મર્યાદા (જે શેષ મજબૂત બળ તરીકે પણ ઓળખાય છે) લિથિયમ-11 અથવા બોરોન-14 જેવા પ્રભામંડળ કેન્દ્રક દ્વારા રજૂ થાય છે, જેમાં ડાઇન્યુટ્રોન અથવા ન્યુટ્રોનના અન્ય સંગ્રહો, આશરે (યુરેનિયમ-238ના કેન્દ્રકની ત્રિજ્યા સમાન) અંતરની ભ્રમણકક્ષા ધરાવે છે. આ કેન્દ્રક મહત્તમ ગાઢ નથી. ન્યુકલાઇડ્સના ચાર્ટની આત્યંતિક ધાર પર હાલો ન્યુક્લિયસ રચાય છે-ન્યુટ્રોન ટપક રેખા અને પ્રોટોન ટપક રેખા-અને બધા ટૂંકા અર્ધ-જીવન સાથે અસ્થિર હોય છે, જે મિલિસેકન્ડ્સમાં માપવામાં આવે છે; ઉદાહરણ તરીકે, લિથિયમ-11 નું અર્ધ-જીવન છે. હેલોસ અસરકારક રીતે બાહ્ય ક્વોન્ટમ શેલમાં ન્યુક્લિયનો સાથે ઉત્તેજિત સ્થિતિનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, જે તેના "નીચે" (ત્રિજ્યા અને ઊર્જા બંનેની દ્રષ્ટિએ) અપૂર્ણ ઊર્જા સ્તર ધરાવે છે. પ્રભામંડળ ન્યુટ્રોન [એનએન, એનએનએન] અથવા પ્રોટોન [પીપી, પીપીપી] થી બનેલું હોઈ શકે છે. એક જ ન્યુટ્રોન પ્રભામંડળ ધરાવતા ન્યુક્લિયસમાં 11Be અને 19C નો સમાવેશ થાય છે. બે-ન્યુટ્રોન પ્રભામંડળ 6He, 11Li, 17B, 19B અને 22C દ્વારા પ્રદર્શિત થાય છે. બે-ન્યુટ્રોન પ્રભામંડળ કેન્દ્રક ત્રણ ટુકડાઓમાં વિભાજિત થાય છે, ક્યારેય બે નહીં, અને આ વર્તણૂકને કારણે તેને બોરોમિયન કેન્દ્રક કહેવામાં આવે છે (ત્રણ એકબીજા સાથે બંધ રિંગ્સની પદ્ધતિનો ઉલ્લેખ કરે છે જેમાં કોઈપણ રિંગને તોડવાથી અન્ય બંને મુક્ત થાય છે). 8He અને 14Be બંને ચાર-ન્યુટ્રોન પ્રભામંડળ પ્રદર્શિત કરે છે. પ્રોટોન પ્રભામંડળ ધરાવતા ન્યુક્લિયસમાં 8B અને 26Pનો સમાવેશ થાય છે. બે-પ્રોટોન પ્રભામંડળ 17Ne અને 27S દ્વારા પ્રદર્શિત થાય છે. વધારાના પ્રોટોન (ઓ) ના પ્રતિકારક વિદ્યુતચુંબકીય બળોને કારણે પ્રોટોન પ્રભામંડળ ન્યુટ્રોન ઉદાહરણો કરતાં વધુ દુર્લભ અને અસ્થિર હોવાની અપેક્ષા છે. જોકે ભૌતિકશાસ્ત્રનું પ્રમાણભૂત મોડેલ ન્યુક્લિયસની રચના અને વર્તનનું સંપૂર્ણ વર્ણન કરે છે તેવું વ્યાપકપણે માનવામાં આવે છે, તેમ છતાં સિદ્ધાંતમાંથી આગાહીઓ કરવી એ કણ ભૌતિકશાસ્ત્રના મોટાભાગના અન્ય ક્ષેત્રોની તુલનામાં વધુ મુશ્કેલ છે. આ બે કારણોસર છેઃ સિદ્ધાંતમાં, ન્યુક્લિયસની અંદરનું ભૌતિકશાસ્ત્ર સંપૂર્ણપણે ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સ (ક્યુસીડી) માંથી મેળવી શકાય છે. જોકે વ્યવહારમાં, કેન્દ્રક જેવી ઓછી ઊર્જા પ્રણાલીઓમાં ક્યુ. સી. ડી. ને ઉકેલવા માટે વર્તમાન કોમ્પ્યુટેશનલ અને ગાણિતિક અભિગમો અત્યંત મર્યાદિત છે. આ તબક્કા સંક્રમણને કારણે છે જે ઉચ્ચ-ઊર્જા ક્વાર્ક દ્રવ્ય અને ઓછી-ઊર્જા હેડ્રોનિક દ્રવ્ય વચ્ચે થાય છે, જે અવ્યવસ્થિત તકનીકોને બિનઉપયોગી બનાવે છે, જેનાથી ન્યુક્લિયનો વચ્ચેના બળોનું સચોટ ક્યુસીડી-વ્યુત્પન્ન મોડેલ બનાવવું મુશ્કેલ બને છે. વર્તમાન અભિગમો આર્ગોને વી18 સંભવિત અથવા કાયરલ અસરકારક ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત જેવા ઘટનાત્મક નમૂનાઓ સુધી મર્યાદિત છે. જો પરમાણુ બળ સારી રીતે મર્યાદિત હોય તો પણ, ન્યુક્લી એબ ઇનિશિયોના ગુણધર્મોની સચોટ ગણતરી કરવા માટે નોંધપાત્ર માત્રામાં કોમ્પ્યુટેશનલ પાવરની જરૂર પડે છે. બહુવિધ-શરીર સિદ્ધાંતમાં થયેલા વિકાસોએ ઘણા ઓછા દળ અને પ્રમાણમાં સ્થિર કેન્દ્રક માટે આ શક્ય બનાવ્યું છે, પરંતુ ભારે કેન્દ્રક અથવા અત્યંત અસ્થિર કેન્દ્રકનો સામનો કરી શકાય તે પહેલાં ગણતરીની શક્તિ અને ગાણિતિક અભિગમો બંનેમાં વધુ સુધારા જરૂરી છે. ઐતિહાસિક રીતે, પ્રયોગોની સરખામણી પ્રમાણમાં કાચા નમૂનાઓ સાથે કરવામાં આવી છે જે આવશ્યકપણે અપૂર્ણ છે. આમાંથી કોઈ પણ મોડેલ પરમાણુ માળખા પર પ્રાયોગિક માહિતીને સંપૂર્ણપણે સમજાવી શકતું નથી. પરમાણુ ત્રિજ્યા (આર) એ મૂળભૂત જથ્થામાંથી એક માનવામાં આવે છે જેની આગાહી કોઈપણ નમૂનાએ કરવી જ જોઇએ. સ્થિર ન્યુક્લિયસ માટે (પ્રભામંડળ ન્યુક્લિયસ અથવા અન્ય અસ્થિર વિકૃત ન્યુક્લિયસ નહીં) પરમાણુ ત્રિજ્યા એ ન્યુક્લિયસના દળ સંખ્યા (A) ના ઘનમૂળના આશરે પ્રમાણસર હોય છે, અને ખાસ કરીને ઘણા ન્યુક્લિયોન્સ ધરાવતા ન્યુક્લિયસમાં, કારણ કે તે વધુ ગોળાકાર રૂપરેખાંકનોમાં ગોઠવાય છેઃ સ્થિર ન્યુક્લિયસમાં લગભગ સ્થિર ઘનતા હોય છે અને તેથી પરમાણુ ત્રિજ્યા R ને નીચેના સૂત્ર દ્વારા અંદાજિત કરી શકાય છે, જ્યાં A = પરમાણુ દળ સંખ્યા (પ્રોટોનની સંખ્યા Z, વત્તા ન્યુટ્રોનની સંખ્યા N) અને r0 = 1.25 fm = 1.25 × 10−15 m. આ સમીકરણમાં, "સ્થિર" r0 પ્રશ્નમાં રહેલા ન્યુક્લિયસના આધારે 0.2 fm બદલાય છે, પરંતુ આ એક કરતા 20 ટકાથી ઓછો ફેરફાર છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનને પેક કરવાથી સ્થિર કદના (જેમ કે આરસ) સખત ગોળાઓને ચુસ્ત ગોળાકાર અથવા લગભગ ગોળાકાર થેલીમાં પેક કરવા જેટલું જ કુલ પરિણામ મળે છે (કેટલાક સ્થિર ન્યુક્લિયસ તદ્દન ગોળાકાર નથી, પરંતુ પ્રોલેટ તરીકે ઓળખાય છે). પરમાણુ માળખાના નમૂનાઓમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ પ્રવાહી ડ્રોપ મોડેલ ન્યુક્લિયસના પ્રારંભિક નમૂનાઓ ન્યુક્લિયસને ફરતા પ્રવાહી ડ્રોપ તરીકે જોતા હતા. આ મોડેલમાં, લાંબા અંતરની વિદ્યુતચુંબકીય શક્તિઓ અને પ્રમાણમાં ટૂંકા અંતરની પરમાણુ શક્તિઓનો વિનિમય, એકસાથે વર્તનનું કારણ બને છે જે વિવિધ કદના પ્રવાહી ટીપાંમાં સપાટીના તણાવ દળો જેવું લાગે છે. આ સૂત્ર કેન્દ્રકની ઘણી મહત્વપૂર્ણ ઘટનાઓને સમજાવવામાં સફળ છે, જેમ કે તેમના કદ અને રચનામાં ફેરફાર સાથે બંધનકર્તા ઊર્જાની બદલાતી માત્રા (અર્ધ-પ્રયોગમૂલક દળ સૂત્ર જુઓ), પરંતુ તે વિશેષ સ્થિરતાને સમજાવતું નથી જે જ્યારે કેન્દ્રકમાં પ્રોટોન અથવા ન્યુટ્રોનની વિશેષ "જાદુઈ સંખ્યાઓ" હોય ત્યારે થાય છે. અર્ધ-પ્રયોગમૂલક દળ સૂત્રમાં શબ્દો, જેનો ઉપયોગ ઘણા કેન્દ્રકની બંધનકર્તા ઊર્જાનો અંદાજ કાઢવા માટે થઈ શકે છે, તેને પાંચ પ્રકારની ઊર્જાનો સરવાળો ગણવામાં આવે છે (નીચે જુઓ). પછી અસંપીડ્ય પ્રવાહીના એક ટીપાં તરીકે ન્યુક્લિયસનું ચિત્ર લગભગ ન્યુક્લિયસની બંધનકર્તા ઊર્જાની અવલોકન કરેલી વિવિધતા માટે જવાબદાર છેઃ વોલ્યુમ ઊર્જા. જ્યારે સમાન કદના ન્યુક્લિયનોની એસેમ્બલીને સૌથી નાના કદમાં એકસાથે પેક કરવામાં આવે છે, ત્યારે દરેક આંતરિક ન્યુક્લિયોન તેના સંપર્કમાં અન્ય ન્યુક્લિયનોની ચોક્કસ સંખ્યા ધરાવે છે. તેથી, આ પરમાણુ ઊર્જા કદના પ્રમાણમાં છે. સપાટીની ઊર્જા. ન્યુક્લિયસની સપાટી પરના ન્યુક્લિયનો ન્યુક્લિયસના આંતરિક ભાગ કરતાં ઓછા અન્ય ન્યુક્લિયનો સાથે સંપર્ક કરે છે અને તેથી તેની બંધનકર્તા ઊર્જા ઓછી હોય છે. આ સપાટી ઊર્જા શબ્દ તેને ધ્યાનમાં લે છે અને તેથી તે નકારાત્મક છે અને સપાટીના વિસ્તારને પ્રમાણસર છે. કૂલમ્બ એનર્જી. ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની દરેક જોડી વચ્ચેનું વિદ્યુત પ્રતિકર્ષણ તેની બંધનકર્તા ઊર્જાને ઘટાડવામાં ફાળો આપે છે. અસમપ્રમાણ ઊર્જા (જેને પૌલી ઊર્જા પણ કહેવાય છે). પાઉલી બાકાત સિદ્ધાંત સાથે સંકળાયેલી ઊર્જા. જો તે કુલમ્બ ઊર્જા માટે ન હોત, તો પરમાણુ દ્રવ્યના સૌથી સ્થિર સ્વરૂપમાં પ્રોટોન જેટલા જ ન્યુટ્રોન હોત, કારણ કે ન્યુટ્રોન અને પ્રોટોનની અસમાન સંખ્યા એક પ્રકારના કણો માટે ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તરને ભરવાનું સૂચવે છે, જ્યારે અન્ય પ્રકાર માટે નીચલા ઉર્જા સ્તરને ખાલી રાખે છે. ઊર્જા જોડી. એક ઊર્જા જે એક સુધારણા શબ્દ છે જે પ્રોટોન જોડીઓ અને ન્યુટ્રોન જોડીઓની થવાની વૃત્તિમાંથી ઉદ્ભવે છે. કણોની સમ સંખ્યા વિષમ સંખ્યા કરતાં વધુ સ્થિર હોય છે. શેલ નમૂનાઓ અને અન્ય ક્વોન્ટમ નમૂનાઓ ન્યુક્લિયસ માટે સંખ્યાબંધ નમૂનાઓ પણ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે જેમાં ન્યુક્લિયનો ભ્રમણકક્ષાઓ પર કબજો કરે છે, જેમ કે અણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર સિદ્ધાંતમાં અણુ ભ્રમણકક્ષાઓ. આ તરંગ મોડેલો કલ્પના કરે છે કે ન્યુક્લિયનો સંભવિત કુવાઓમાં કદહીન બિંદુ કણો છે, અથવા "ઓપ્ટિકલ મોડેલ" ની જેમ સંભાવના તરંગો છે, જે ઘર્ષણ વિના સંભવિત કુવાઓમાં ઊંચી ઝડપે પરિભ્રમણ કરે છે. ઉપરોક્ત નમૂનાઓમાં, ફર્મિઓન હોવાને કારણે ન્યુક્લિયનો જોડીમાં ભ્રમણકક્ષાઓ પર કબજો કરી શકે છે, જે પ્રયોગોમાંથી જાણીતી સમ/વિષમ ઝેડ અને એન અસરોની સમજૂતીને મંજૂરી આપે છે. પરમાણુ શેલોની ચોક્કસ પ્રકૃતિ અને ક્ષમતા પરમાણુ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોન કરતા અલગ છે, મુખ્યત્વે કારણ કે સંભવિત કૂવો જેમાં ન્યુક્લિયનો ફરે છે (ખાસ કરીને મોટા ન્યુક્લિયસમાં) તે કેન્દ્રીય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સંભવિત કૂવાથી તદ્દન અલગ છે જે અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોનને જોડે છે. અણુ ભ્રમણકક્ષાના નમૂનાઓ સાથે કેટલીક સામ્યતા હિલીયમ-4 જેવા નાના પરમાણુ કેન્દ્રકમાં જોઈ શકાય છે, જેમાં બે પ્રોટોન અને બે ન્યુટ્રોન અલગથી હિલીયમ અણુમાં બે ઇલેક્ટ્રોન માટે 1s ભ્રમણકક્ષાના સમાન 1s ભ્રમણકક્ષાઓ ધરાવે છે, અને તે જ કારણસર અસામાન્ય સ્થિરતા પ્રાપ્ત કરે છે. 5 ન્યુક્લિયનો સાથેનું ન્યુક્લિયસ અત્યંત અસ્થિર અને અલ્પજીવી હોય છે, તેમ છતાં, 3 ન્યુક્લિયનો સાથેનું હિલીયમ-3 બંધ 1s ઓર્બિટલ શેલના અભાવ સાથે પણ ખૂબ જ સ્થિર હોય છે. 3 ન્યુક્લિયનો સાથેનું બીજું ન્યુક્લિયસ, ટ્રાઇટન હાઇડ્રોજન-3 અસ્થિર છે અને જ્યારે અલગ થશે ત્યારે તે હિલીયમ-3માં ક્ષીણ થશે. 1s ભ્રમણકક્ષામાં 2 ન્યુક્લિયનો (NP) સાથે નબળી પરમાણુ સ્થિરતા ડ્યુટેરોન હાઇડ્રોજન-2માં જોવા મળે છે, જેમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન સંભવિત કુવાઓમાંથી દરેકમાં માત્ર એક ન્યુક્લિયોન હોય છે. જ્યારે દરેક ન્યુક્લિયોન એક ફર્મિઓન છે, ત્યારે {NP} ડ્યુટેરોન એક બોસોન છે અને આમ શેલની અંદર નજીકથી પેક કરવા માટે પાઉલી બાકાતને અનુસરતું નથી. 6 ન્યુક્લિયનો સાથે લિથિયમ-6 બંધ સેકન્ડ 1p શેલ ઓર્બિટલ વિના અત્યંત સ્થિર છે. કુલ ન્યુક્લિયોન સંખ્યા 1 થી 6 ધરાવતા પ્રકાશ ન્યુક્લિયસ માટે માત્ર 5 ધરાવતા ન્યુક્લિયસ સ્થિરતાના કેટલાક પુરાવા દર્શાવતા નથી. બંધ શેલોની બહાર પ્રકાશ કેન્દ્રકની બીટા-સ્થિરતાના અવલોકનો સૂચવે છે કે પરમાણુ સ્થિરતા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનની જાદુઈ સંખ્યાઓ સાથે શેલ ભ્રમણકક્ષાઓના સરળ બંધ કરતાં વધુ જટિલ છે. મોટા ન્યુક્લિયસ માટે, ન્યુક્લિયનો દ્વારા કબજે કરાયેલા શેલો ઇલેક્ટ્રોન શેલોથી નોંધપાત્ર રીતે અલગ થવા લાગે છે, પરંતુ તેમ છતાં, વર્તમાન પરમાણુ સિદ્ધાંત પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન બંને માટે ભરેલા પરમાણુ શેલોની જાદુઈ સંખ્યાની આગાહી કરે છે. સ્થિર શેલોનું બંધ થવું અસામાન્ય રીતે સ્થિર રૂપરેખાંકનોની આગાહી કરે છે, જે રસાયણશાસ્ત્રમાં લગભગ નિષ્ક્રિય વાયુઓના ઉમદા જૂથ જેવું જ છે. એક ઉદાહરણ 50 પ્રોટોનના બંધ કવચની સ્થિરતા છે, જે ટીનને 10 સ્થિર આઇસોટોપ રાખવાની મંજૂરી આપે છે, જે અન્ય કોઈપણ તત્વ કરતાં વધુ છે. તેવી જ રીતે, શેલ-ક્લોઝરથી અંતર આઇસોટોપ્સની અસામાન્ય અસ્થિરતાને સમજાવે છે જે આ કણોની સ્થિર સંખ્યાથી દૂર છે, જેમ કે કિરણોત્સર્ગી તત્વો 43 (ટેક્નીટિયમ) અને 61 (પ્રોમિથિયમ), જેમાંથી દરેક 17 અથવા વધુ સ્થિર તત્વો દ્વારા આગળ અને અનુસરવામાં આવે છે. જો કે શેલ મોડેલમાં સમસ્યાઓ હોય છે જ્યારે બંધ શેલોથી દૂર પરમાણુ ગુણધર્મોને ધ્યાનમાં લેવાનો પ્રયાસ કરવામાં આવે છે. આનાથી પ્રાયોગિક માહિતીને ફિટ કરવા માટે સંભવિત કૂવાના આકારની જટિલ પોસ્ટ હૉક વિકૃતિઓ તરફ દોરી જાય છે, પરંતુ પ્રશ્ન એ રહે છે કે શું આ ગાણિતિક હેરફેર ખરેખર વાસ્તવિક કેન્દ્રમાં અવકાશી વિકૃતિઓને અનુરૂપ છે કે કેમ. શેલ મોડેલ સાથેની સમસ્યાઓએ કેટલાકને ન્યુક્લિયોન ક્લસ્ટરોને સંડોવતા વાસ્તવિક બે-બોડી અને ત્રણ-બોડી પરમાણુ બળ અસરોની દરખાસ્ત કરવા તરફ દોરી છે અને પછી આ આધારે ન્યુક્લિયસનું નિર્માણ કરે છે. આવા ત્રણ ક્લસ્ટર મોડેલો જ્હોન વ્હીલરનું 1936નું રિઝોનેટિંગ ગ્રુપ સ્ટ્રક્ચર મોડેલ, લિનસ પૌલિંગનું ક્લોઝ-પેક્ડ સ્ફેરોન મોડેલ અને મેકગ્રેગરનું 2ડી ઇઝિંગ મોડેલ છે. મોડેલો વચ્ચે સુસંગતતા સુપરફ્લુઇડ પ્રવાહી હિલીયમના કિસ્સામાં, અણુ કેન્દ્રક એ એવી સ્થિતિનું ઉદાહરણ છે જેમાં બંને (1) કદ માટે "સામાન્ય" કણ ભૌતિક નિયમો અને (2) તરંગ જેવી પ્રકૃતિ માટે બિન-સાહજિક ક્વોન્ટમ યાંત્રિક નિયમો લાગુ પડે છે. સુપરફ્લુઇડ હિલીયમમાં, હિલીયમ પરમાણુઓ કદ ધરાવે છે, અને અનિવાર્યપણે એકબીજાને "સ્પર્શ" કરે છે, તેમ છતાં તે જ સમયે વિચિત્ર જથ્થાબંધ ગુણધર્મો દર્શાવે છે, જે બોસ-આઈન્સ્ટાઈન ઘનીકરણ સાથે સુસંગત છે. અણુ ન્યુક્લિયસમાં ન્યુક્લિયનો પણ તરંગ જેવી પ્રકૃતિ દર્શાવે છે અને તેમાં ઘર્ષણ જેવા પ્રમાણભૂત પ્રવાહી ગુણધર્મોનો અભાવ હોય છે. હેડ્રોનથી બનેલા ન્યુક્લિયસ માટે, જે ફર્મિઓન છે, બોસ-આઈન્સ્ટાઈન ઘનીકરણ થતું નથી, તેમ છતાં, ઘણા પરમાણુ ગુણધર્મોને માત્ર વોલ્યુમ સાથેના કણોના ગુણધર્મોના સંયોજન દ્વારા જ સમજાવી શકાય છે, ઉપરાંત ઇર્વિન શ્રોડિંગરના ક્વોન્ટમ ઓર્બિટલ્સમાં ફસાયેલા પદાર્થોના તરંગ જેવા વર્તનની ઘર્ષણ વિનાની ગતિ લાક્ષણિકતા ઉપરાંત. નોંધો સંદર્ભોની બાહ્ય કડીઓ પણ જુઓ ન્યુક્લિયસ-ઓનલાઇન પાઠ્યપુસ્તક ધ લાઇવચાર્ટ ઓફ ન્યુક્લિડ્સ-જાવામાં આઇએઇએ અથવા "ન્યુક્લિયર શેલ મોડેલ" પર એચટીએમએલ લેખમાંથી એક પ્રકરણ, જે વિવિધ ઘટકો માટે ન્યુક્લિયર શેલ ભરવા આપે છે. 16 સપ્ટેમ્બર, 2009ના રોજ મેળવેલ. સમયરેખાઃ ઉપપરમાણ્વિક વિભાવનાઓ, પરમાણુ વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી. અણુ પરમાણુ રસાયણશાસ્ત્ર પરમાણુ ભૌતિકશાસ્ત્ર ઉપપરમાણ્વિક કણો રેડિયોકેમિસ્ટ્રી પ્રોટોન ઇલેક્ટ્રોન