Atomic nucleus
அணுக் கருவி என்பது ஒரு அணுவின் மையத்தில் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களைக் கொண்ட சிறிய, அடர்த்தியான பகுதியாகும், இது 1911 ஆம் ஆண்டில் எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்டால் 1909 கெய்கர்-மார்ஸ்டன் தங்கப் படல பரிசோதனையின் அடிப்படையில் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. 1932 ஆம் ஆண்டில் நியூட்ரான் கண்டுபிடிக்கப்பட்ட பிறகு, புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களால் ஆன கருக்களுக்கான மாதிரிகள் டிமிட்ரி இவானென்கோ மற்றும் வெர்னர் ஹைசன்பெர்க் ஆகியோரால் விரைவாக உருவாக்கப்பட்டன. ஒரு அணு ஒரு நேர்மறையான சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கருவி, அதைச் சுற்றியுள்ள எதிர்மறையான சார்ஜ் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் மேகத்துடன், நிலைமின்னியல் சக்தியால் பிணைக்கப்பட்டுள்ளது. எலக்ட்ரான் மேகத்தின் மிகச் சிறிய பங்களிப்புடன், ஒரு அணுவின் கிட்டத்தட்ட அனைத்து வெகுஜனமும் கருவில் அமைந்துள்ளது. புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் அணுக்கரு விசையால் ஒரு கருவை உருவாக்க ஒன்றாக பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. அணுக்கருவின் விட்டம் ஹைட்ரஜனுக்கு (ஒரு புரோட்டானின் விட்டம்) சுமார் யுரேனியத்திற்கு () வரம்பில் உள்ளது. இந்த பரிமாணங்கள் அணுவின் விட்டத்தை (நியூக்ளியஸ் + எலக்ட்ரான் மேகம்) விட மிகவும் சிறியவை, சுமார் 26,634 (யுரேனியம் அணு ஆரம் சுமார் ()) முதல் சுமார் 60,250 (ஹைட்ரஜன் அணு ஆரம் சுமார்) வரை ஒரு காரணி மூலம். அணுக் கருவின் கலவை மற்றும் அதை ஒன்றாக இணைக்கும் விசைகள் உட்பட அதன் ஆய்வு மற்றும் புரிதலுடன் தொடர்புடைய இயற்பியலின் கிளை அணு இயற்பியல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. தாம்சனின் அணுவின் "பிளம் புட்டிங் மாதிரியை" சோதிப்பதற்கான எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்டின் முயற்சிகளின் விளைவாக, 1911 ஆம் ஆண்டில் நியூக்ளியஸ் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. எலக்ட்ரான் ஏற்கனவே ஜே. ஜே. தாம்சன் என்பவரால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. அணுக்கள் மின்சார நடுநிலையானவை என்பதை அறிந்த ஜே. ஜே. தாம்சன், ஒரு நேர்மறை மின்னூட்டமும் இருக்க வேண்டும் என்று முன்வைத்தார். தாம்சன் தனது பிளம் புட்டிங் மாதிரியில், ஒரு அணு நேர்மறை மின்னூட்டத்தின் கோளத்திற்குள் தோராயமாக சிதறிக்கிடக்கும் எதிர்மறை எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளது என்று பரிந்துரைத்தார். எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்ட் பின்னர் தனது ஆராய்ச்சி கூட்டாளியான ஹான்ஸ் கெய்கர் மற்றும் எர்னஸ்ட் மார்ஸ்டன் உதவியுடன் ஒரு பரிசோதனையை உருவாக்கினார், இது உலோகத் தகட்டின் மெல்லிய தாளில் இயக்கப்பட்ட ஆல்பா துகள்களின் (ஹீலியம் கருக்கள்) விலகல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. ஜே. ஜே. தாம்சனின் மாதிரி சரியாக இருந்தால், நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட ஆல்பா துகள்கள் அவற்றின் பாதைகளில் மிகக் குறைந்த விலகலுடன் படலத்தின் வழியாக எளிதில் செல்லும் என்று அவர் நியாயப்படுத்தினார், ஏனெனில் எதிர்மறை மற்றும் நேர்மறை கட்டணங்கள் நடுநிலையாகத் தோன்றும் வகையில் நெருக்கமாக கலக்கப்பட்டால் படலம் மின்சார ரீதியாக நடுநிலையாக செயல்பட வேண்டும். அவருக்கு ஆச்சரியமாக, பல துகள்கள் மிகப் பெரிய கோணங்களில் திசைதிருப்பப்பட்டன. ஒரு ஆல்பா துகள்களின் நிறை ஒரு எலக்ட்ரானை விட 8000 மடங்கு அதிகமாக இருப்பதால், பெரிய மற்றும் வேகமாக நகரும் ஆல்பா துகள்களை திசைதிருப்ப முடிந்தால் மிகவும் வலுவான விசை இருக்க வேண்டும் என்பது தெளிவாகத் தெரிந்தது. பிளம் புட்டிங் மாதிரி துல்லியமாக இருக்க முடியாது என்பதையும், ஆல்ஃபா துகள்களின் விலகல்களை நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்னூட்டங்கள் ஒன்றுக்கொன்று பிரிக்கப்பட்டால் மட்டுமே விளக்க முடியும் என்பதையும், அணுவின் நிறை நேர்மறை மின்னூட்டத்தின் செறிவூட்டப்பட்ட புள்ளியாக இருந்தால் மட்டுமே விளக்க முடியும் என்பதையும் அவர் உணர்ந்தார். இது நேர்மறை மின்னூட்டம் மற்றும் நிறை கொண்ட அடர்த்தியான மையத்துடன் கூடிய அணு அணுவின் யோசனையை நியாயப்படுத்தியது. நியூக்ளியஸ் என்ற சொல் லத்தீன் வார்த்தையிலிருந்து வந்தது, இது ('நட்') என்பதன் சுருக்கமாகும், இதன் பொருள் 'கர்னல்' (அதாவது, 'சிறிய நட்') ஒரு நீர் வகை பழத்திற்குள் (பீச் போன்றது). 1844 ஆம் ஆண்டில், மைக்கேல் ஃபாரடே இந்த வார்த்தையை "ஒரு அணுவின் மைய புள்ளியை" குறிக்க பயன்படுத்தினார். நவீன அணு அர்த்தம் 1912 இல் எர்னஸ்ட் ரதர்ஃபோர்டால் முன்மொழியப்பட்டது. இருப்பினும், அணுக் கோட்பாட்டிற்கு "நியூக்ளியஸ்" என்ற சொல் உடனடியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்படவில்லை. உதாரணமாக, 1916 ஆம் ஆண்டில், கில்பர்ட் என். லூயிஸ் தனது புகழ்பெற்ற கட்டுரையில் அணு மற்றும் மூலக்கூறு, "அணு கர்னல் மற்றும் வெளிப்புற அணு அல்லது ஷெல் ஆகியவற்றால் ஆனது" என்று கூறினார். இதேபோல், கர்னல் என்று பொருள்படும் கெர்ன் என்ற சொல் ஜெர்மன் மற்றும் டச்சு மொழிகளில் கருவைக் குறிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அணுக்கரு அமைப்பு ஒரு அணுவின் கருவி நியூட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்களைக் கொண்டுள்ளது, அவை குவார்க்குகள் என்று அழைக்கப்படும் மேலும் அடிப்படை துகள்களின் வெளிப்பாடாகும், அவை பேரியோன்கள் என்று அழைக்கப்படும் ஹேட்ரான்களின் சில நிலையான சேர்க்கைகளில் அணு வலுவான சக்தியால் இணைக்கப்படுகின்றன. நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட புரோட்டான்களுக்கு இடையிலான விரட்டும் மின் சக்திக்கு எதிராக நியூட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்களை ஒன்றாக பிணைக்கும் வகையில் அணு வலுவான விசை ஒவ்வொரு பேரியானிலிருந்தும் வெகு தொலைவில் நீண்டுள்ளது. அணு வலுவான விசை மிகக் குறுகிய வரம்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அடிப்படையில் கருவின் விளிம்பிற்கு அப்பால் பூஜ்ஜியத்திற்குக் குறைகிறது. நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கருவின் கூட்டு நடவடிக்கை, மின்சார ரீதியாக எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான்களை அவற்றின் சுற்றுப்பாதைகளில் கருவைப் பற்றி வைத்திருப்பது ஆகும். அணுக்கருவைச் சுற்றி வரும் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான்களின் தொகுப்பு, அவற்றின் சுற்றுப்பாதைகளை நிலையானதாக மாற்றும் சில உள்ளமைவுகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கைக்கு ஒரு தொடர்பைக் காட்டுகிறது. ஒரு அணு எந்த இரசாயன உறுப்பைக் குறிக்கிறது என்பது அணுக்கருவில் உள்ள புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது; நடுநிலை அணு அந்த அணுக்கருவைச் சுற்றி வரும் எலக்ட்ரான்களின் சம எண்ணிக்கையைக் கொண்டிருக்கும். தனிப்பட்ட வேதியியல் கூறுகள் அவற்றின் எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்ந்து கொள்வதன் மூலம் மிகவும் நிலையான எலக்ட்ரான் கட்டமைப்புகளை உருவாக்க முடியும். அணுக்களைப் பற்றி நிலையான மின்னணு சுற்றுப்பாதைகளை உருவாக்க எலக்ட்ரான்களைப் பகிர்வது நமது மேக்ரோ உலகின் வேதியியலாக நமக்குத் தோன்றுகிறது. புரோட்டான்கள் ஒரு கருவின் முழு கட்டணத்தையும் வரையறுக்கின்றன, எனவே அதன் வேதியியல் அடையாளம். நியூட்ரான்கள் மின்சார ரீதியாக நடுநிலையானவை, ஆனால் புரோட்டான்களின் அதே அளவிற்கு ஒரு கருவின் வெகுஜனத்திற்கு பங்களிக்கின்றன. நியூட்ரான்கள் ஐசோடோப்புகளின் நிகழ்வை விளக்க முடியும் (வெவ்வேறு அணு நிறை கொண்ட அதே அணு எண்). நியூட்ரான்களின் முக்கிய பங்கு அணுக்கருவின் உள்ளே நிலைமின்னியல் விரட்டலைக் குறைப்பதாகும். கலவை மற்றும் வடிவம் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் வலுவான ஐசோஸ்பின் குவாண்டம் எண்ணின் வெவ்வேறு மதிப்புகளைக் கொண்ட ஃபெர்மியன்கள், எனவே இரண்டு புரோட்டான்கள் மற்றும் இரண்டு நியூட்ரான்கள் ஒரே மாதிரியான குவாண்டம் நிறுவனங்கள் அல்ல என்பதால் ஒரே விண்வெளி அலை செயல்பாட்டைப் பகிர்ந்து கொள்ள முடியும். அவை சில நேரங்களில் ஒரே துகள், நியூக்ளியனின் இரண்டு வெவ்வேறு குவாண்டம் நிலைகளாக பார்க்கப்படுகின்றன. இரண்டு புரோட்டான்கள் அல்லது இரண்டு நியூட்ரான்கள் அல்லது ஒரு புரோட்டான் + நியூட்ரான் (டியூட்டரான்) போன்ற இரண்டு ஃபெர்மியன்கள் முழு எண் சுழற்சியைக் கொண்ட ஜோடியாக தளர்வாக பிணைக்கப்படும்போது போசோனிக் நடத்தையை வெளிப்படுத்தலாம். ஹைபர் நியூக்ளியஸின் அரிதான வழக்கில், ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட விசித்திரமான குவார்க்குகள் மற்றும்/அல்லது பிற அசாதாரண குவார்க்குகளைக் கொண்ட ஹைபரான் எனப்படும் மூன்றாவது பேரியோனும் அலை செயல்பாட்டைப் பகிர்ந்து கொள்ளலாம். இருப்பினும், இந்த வகை கருவி மிகவும் நிலையற்றது மற்றும் உயர் ஆற்றல் இயற்பியல் சோதனைகளைத் தவிர பூமியில் காணப்படவில்லை. நியூட்ரான் ஒரு நேர்மறையான சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மைய ஆரம் ≈ 0.3 fm ஐக் கொண்டுள்ளது, இது 0.3 fm மற்றும் 2 fm க்கு இடையில் ஆரம் கொண்ட ஈடுசெய்யும் எதிர்மறை மின்னூட்டத்தால் சூழப்பட்டுள்ளது. புரோட்டான் தோராயமாக 0.8 fm சராசரி சதுர ஆரம் கொண்ட அதிவேகமாக சிதைந்து வரும் நேர்மறை மின்னூட்ட விநியோகத்தைக் கொண்டுள்ளது. நியூக்ளியஸ் கோள வடிவமாகவும், ரக்பி பந்து வடிவமாகவும் (புரோலேட் சிதைவு), வட்டு வடிவமாகவும் (ஓப்லேட் சிதைவு), முக்கோண வடிவமாகவும் (ஓப்லேட் மற்றும் ப்ரோலேட் சிதைவின் கலவையாக) அல்லது பேரிக்காய் வடிவமாகவும் இருக்கலாம். அணுக்கரு விசைகள் எஞ்சியிருக்கும் வலுவான விசையால் (அணு விசை) பிணைக்கப்பட்டுள்ளன. எஞ்சிய வலுவான விசை என்பது வலுவான தொடர்புகளின் ஒரு சிறிய எச்சமாகும், இது குவார்க்குகளை ஒன்றாக இணைத்து புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களை உருவாக்குகிறது. நியூட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்களுக்கு இடையில் இந்த விசை மிகவும் பலவீனமாக உள்ளது, ஏனெனில் இது பெரும்பாலும் அவற்றுக்குள் நடுநிலையானதாக இருப்பதால், நடுநிலை அணுக்களுக்கு இடையிலான மின்காந்த விசைகள் (இரண்டு மந்த வாயு அணுக்களுக்கு இடையில் செயல்படும் வான் டெர் வால்ஸ் விசைகள் போன்றவை) மின்காந்த விசைகளை விட மிகவும் பலவீனமாக உள்ளன. வழக்கமான நியூக்ளியன் பிரிவின் தூரத்தில் அணு விசை மிகவும் கவர்ச்சிகரமானதாக இருக்கிறது, மேலும் இது மின்காந்த விசை காரணமாக புரோட்டான்களுக்கு இடையிலான விரட்டலை மூழ்கடித்து, இதனால் கருக்கள் இருக்க அனுமதிக்கிறது. இருப்பினும், எஞ்சிய வலுவான விசை ஒரு வரையறுக்கப்பட்ட வரம்பைக் கொண்டுள்ளது, ஏனெனில் அது தூரத்துடன் விரைவாக சிதைகிறது (யுகாவா ஆற்றலைப் பார்க்கவும்); எனவே ஒரு குறிப்பிட்ட அளவை விட சிறிய கருக்கள் மட்டுமே முற்றிலும் நிலையானதாக இருக்க முடியும். மிகப் பெரிய அறியப்பட்ட முற்றிலும் நிலையான அணுக்கரு (அதாவது. ஆல்பா, பீட்டா மற்றும் காமா சிதைவுக்கு நிலையானது) ஈயம்-208 ஆகும், இதில் மொத்தம் 208 நியூக்ளியன்கள் (126 நியூட்ரான்கள் மற்றும் 82 புரோட்டான்கள்) உள்ளன. இந்த அதிகபட்சத்தை விட பெரிய நியூக்ளியங்கள் நிலையற்றவை மற்றும் அதிக எண்ணிக்கையிலான நியூக்ளியன்களுடன் குறுகிய காலத்திற்கு வாழ்கின்றன. இருப்பினும், பிஸ்மத்-209 பீட்டா சிதைவுக்கு நிலையானது மற்றும் அறியப்பட்ட எந்த ஐசோடோப்பின் ஆல்பா சிதைவுக்கு மிக நீண்ட அரை ஆயுளைக் கொண்டுள்ளது, இது பிரபஞ்சத்தின் வயதை விட ஒரு பில்லியன் மடங்கு அதிகமாகும். எஞ்சிய வலுவான விசை மிகவும் குறுகிய வரம்பில் (பொதுவாக ஒரு சில ஃபெம்டோமீட்டர்கள் (எஃப்எம்) மட்டுமே; தோராயமாக ஒன்று அல்லது இரண்டு நியூக்ளியன் விட்டம்) பயனுள்ளதாக இருக்கும் மற்றும் எந்த ஜோடி நியூக்ளியன்களுக்கும் இடையில் ஒரு ஈர்ப்பை ஏற்படுத்துகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களுக்கு இடையில் [NP] டியூட்டரானை உருவாக்குவதற்கும், புரோட்டான்கள் மற்றும் புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் ஆகியவற்றிற்கும் இடையில். அணு விசையின் வரம்பின் பயனுள்ள முழுமையான வரம்பு (எஞ்சிய வலுவான விசை என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) லித்தியம்-11 அல்லது போரான்-14 போன்ற ஹாலோ கருக்களால் குறிக்கப்படுகிறது, இதில் டைனூட்ரான்கள் அல்லது பிற நியூட்ரான்களின் தொகுப்புகள், சுமார் தூரத்தில் சுற்றுப்பாதையில் உள்ளன (தோராயமாக யுரேனியம்-238 இன் கருவின் ஆரம் போன்றது). இந்த கருக்கள் அதிகபட்சமாக அடர்த்தியாக இல்லை. நியூக்ளைடுகளின் விளக்கப்படத்தின் தீவிர விளிம்புகளில்-நியூட்ரான் சொட்டு கோடு மற்றும் புரோட்டான் சொட்டு கோடு-ஹாலோ கருக்கள் உருவாகின்றன, மேலும் அவை அனைத்தும் மில்லி விநாடிகளில் அளவிடப்படும் குறுகிய அரை ஆயுளுடன் நிலையற்றவை; எடுத்துக்காட்டாக, லித்தியம்-11 இன் அரை ஆயுள். ஹாலோஸ் ஒரு வெளிப்புற குவாண்டம் ஷெல்லில் நியூக்ளியன்களுடன் ஒரு உற்சாகமான நிலையைக் குறிக்கிறது, இது அதற்குக் கீழே (ஆரம் மற்றும் ஆற்றல் அடிப்படையில்) நிரப்பப்படாத ஆற்றல் நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது. ஒளிவட்டம் நியூட்ரான்கள் [என்என், என்என்என்] அல்லது புரோட்டான்கள் [பிபி, பிபிபி] ஆகியவற்றால் ஆனது. ஒற்றை நியூட்ரான் ஒளிவட்டம் கொண்ட அணுக்கருக்களில் 11Be மற்றும் 19C அடங்கும். இரண்டு நியூட்ரான் ஒளிவட்டம் 6He, 11Li, 17B, 19B மற்றும் 22C ஆகியவற்றால் காட்சிப்படுத்தப்படுகிறது. இரண்டு நியூட்ரான் ஒளிக்கருக்கள் மூன்று துண்டுகளாக உடைகின்றன, ஒருபோதும் இரண்டு அல்ல, மேலும் இந்த நடத்தை காரணமாக அவை போரோமியன் கருக்கள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன (எந்த வளையத்தையும் உடைக்கும் மூன்று பிணைக்கப்பட்ட வளையங்களின் அமைப்பைக் குறிக்கும் மற்ற இரண்டையும் விடுவிக்கிறது). 8He மற்றும் 14Be இரண்டும் நான்கு-நியூட்ரான் ஒளிவட்டத்தை வெளிப்படுத்துகின்றன. புரோட்டான் ஒளிவட்டம் கொண்ட அணுக்களில் 8பி மற்றும் 26பி ஆகியவை அடங்கும். இரண்டு புரோட்டான் ஒளிவட்டம் 17Ne மற்றும் 27S ஆல் காட்சிப்படுத்தப்படுகிறது. அதிகப்படியான புரோட்டான்களின் விரட்டும் மின்காந்த சக்திகளின் காரணமாக புரோட்டான் ஒளிவட்டம் நியூட்ரான் உதாரணங்களை விட மிகவும் அரிதானதாகவும் நிலையற்றதாகவும் இருக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. அணு மாதிரிகள் இயற்பியலின் நிலையான மாதிரி கருவின் கலவை மற்றும் நடத்தையை முழுமையாக விவரிக்கிறது என்று பரவலாக நம்பப்பட்டாலும், கோட்பாட்டிலிருந்து கணிப்புகளை உருவாக்குவது துகள் இயற்பியலின் மற்ற பகுதிகளை விட மிகவும் கடினம். இதற்கு இரண்டு காரணங்கள் உள்ளனஃ கொள்கையளவில், ஒரு அணுக்கருவில் உள்ள இயற்பியலை முற்றிலும் குவாண்டம் குரோமோடைனமிக்ஸ் (கியூசிடி) இலிருந்து பெறலாம். இருப்பினும், நடைமுறையில், கருக்கள் போன்ற குறைந்த ஆற்றல் அமைப்புகளில் கியூ. சி. டி. யைத் தீர்ப்பதற்கான தற்போதைய கணக்கீட்டு மற்றும் கணித அணுகுமுறைகள் மிகவும் குறைவாகவே உள்ளன. இது உயர் ஆற்றல் குவார்க் பொருள் மற்றும் குறைந்த ஆற்றல் ஹேட்ரோனிக் பொருள் இடையே ஏற்படும் கட்ட மாற்றம் காரணமாகும், இது இடையூறு நுட்பங்களை பயன்படுத்த முடியாததாக ஆக்குகிறது, இதனால் நியூக்ளியன்களுக்கு இடையிலான சக்திகளின் துல்லியமான கியூசிடி-பெறப்பட்ட மாதிரியை உருவாக்குவது கடினம். தற்போதைய அணுகுமுறைகள் ஆர்கோன் வி 18 பொடென்ஷியல் அல்லது சிரல் எஃபெக்டிவ் ஃபீல்ட் கோட்பாடு போன்ற நிகழ்வியல் மாதிரிகளுக்கு மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. அணுக்கரு விசை நன்கு கட்டுப்படுத்தப்பட்டிருந்தாலும், கருக்களின் பண்புகளை துல்லியமாக கணக்கிட கணிசமான அளவு கணக்கீட்டு சக்தி தேவைப்படுகிறது. பல உடல் கோட்பாட்டின் வளர்ச்சிகள் பல குறைந்த நிறை மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் நிலையான கருக்களுக்கு இதை சாத்தியமாக்கியுள்ளன, ஆனால் கனமான கருக்கள் அல்லது மிகவும் நிலையற்ற கருக்களைக் கையாளுவதற்கு முன்பு கணக்கீட்டு சக்தி மற்றும் கணித அணுகுமுறைகள் இரண்டிலும் மேலும் மேம்பாடுகள் தேவைப்படுகின்றன. வரலாற்று ரீதியாக, சோதனைகள் ஒப்பீட்டளவில் கச்சா மாதிரிகளுடன் ஒப்பிடப்படுகின்றன, அவை அவசியம் அபூரணமானவை. இந்த மாதிரிகள் எதுவும் அணுசக்தி அமைப்பு குறித்த சோதனைத் தரவை முழுமையாக விளக்க முடியாது. அணு ஆரம் (ஆர்) எந்தவொரு மாதிரியும் கணிக்க வேண்டிய அடிப்படை அளவுகளில் ஒன்றாக கருதப்படுகிறது. நிலையான கருக்களுக்கு (ஹாலோ கருக்கள் அல்லது பிற நிலையற்ற சிதைந்த கருக்கள் அல்ல) அணு ஆரம் கருவின் நிறை எண் (ஏ) இன் கன மூலத்திற்கு தோராயமாக விகிதாசாரமாகும், மேலும் குறிப்பாக பல கருக்களைக் கொண்ட கருக்களில், அவை அதிக கோள கட்டமைப்புகளில் அமைக்கப்படுவதால்ஃ நிலையான கருவி தோராயமாக ஒரு நிலையான அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது, எனவே அணு ஆரம் ஆர் பின்வரும் சூத்திரத்தால் தோராயமாக மதிப்பிடப்படலாம், அங்கு ஏ = அணு நிறை எண் (புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கை, நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை N) மற்றும் ஆர் 0 = 1.25 எஃப்எம் = 1.25 × 10−15 மீ. இந்த சமன்பாட்டில், "நிலையான" ஆர் 0 கேள்விக்குரிய கருவைப் பொறுத்து 0.2 எஃப்எம் மாறுபடும், ஆனால் இது ஒரு மூலத்திலிருந்து 20 சதவீதத்திற்கும் குறைவான மாற்றமாகும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களை அணுக்கருவில் அடைப்பது ஒரு நிலையான அளவிலான (பளிங்கு போன்றவை) கடினமான கோளங்களை ஒரு இறுக்கமான கோள வடிவ அல்லது கிட்டத்தட்ட கோள வடிவ பையில் அடைப்பது போல் தோராயமாக அதே மொத்த அளவை விளைவிக்கிறது (சில நிலையான கருக்கள் மிகவும் கோள வடிவத்தில் இல்லை, ஆனால் அவை புரோலேட் என்று அறியப்படுகின்றன). அணுக்கரு கட்டமைப்பின் மாதிரிகள் பின்வருமாறுஃ திரவ துளி மாதிரி அணுக்கருவின் ஆரம்ப மாதிரிகள் அணுக்கருவை சுழலும் திரவ துளி என்று கருதின. இந்த மாதிரியில், நீண்ட தூர மின்காந்த சக்திகளின் பரிமாற்றம் மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் குறுகிய தூர அணுசக்தி சக்திகளின் பரிமாற்றம், வெவ்வேறு அளவுகளின் திரவ துளிகளில் மேற்பரப்பு பதற்றம் சக்திகளை ஒத்த நடத்தையை ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த சூத்திரம் கருக்களின் பல முக்கியமான நிகழ்வுகளை விளக்குவதில் வெற்றிகரமாக உள்ளது, அதாவது அவற்றின் அளவு மற்றும் கலவை மாற்றங்களுடன் பிணைப்பு ஆற்றலின் மாறிவரும் அளவுகள் (அரை அனுபவ நிறை சூத்திரத்தைப் பார்க்கவும்), ஆனால் கருக்கள் சிறப்பு "மேஜிக் எண்களை" கொண்டிருக்கும்போது ஏற்படும் சிறப்பு நிலைத்தன்மையை இது விளக்கவில்லை புரோட்டான்கள் அல்லது நியூட்ரான்களின். அரை அனுபவ நிறை சூத்திரத்தில் உள்ள சொற்கள், பல கருக்களின் பிணைப்பு ஆற்றலை தோராயமாக மதிப்பிடுவதற்கு பயன்படுத்தப்படலாம், அவை ஐந்து வகையான ஆற்றல்களின் கூட்டுத்தொகையாக கருதப்படுகின்றன (கீழே காண்க). பின்னர் ஒடுக்க முடியாத திரவத்தின் ஒரு துளியாக ஒரு கருவின் படம் கருவின் பிணைப்பு ஆற்றலின் கவனிக்கப்பட்ட மாறுபாட்டிற்கு தோராயமாக காரணமாகிறதுஃ தொகுதி ஆற்றல். ஒரே அளவிலான நியூக்ளியன்களின் கூட்டத்தை மிகச்சிறிய அளவில் ஒன்றாக இணைக்கும்போது, ஒவ்வொரு உட்புற நியூக்ளியனும் அதனுடன் தொடர்பு கொள்ளும் குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான பிற நியூக்ளியன்களைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, இந்த அணு ஆற்றல் தொகுதிக்கு விகிதாசாரமாகும். மேற்பரப்பு ஆற்றல். ஒரு அணுக்கருவின் மேற்பரப்பில் உள்ள ஒரு அணுக்கரு அணுக்கருவின் உட்புறத்தில் உள்ள ஒன்றை விட குறைவான பிற அணுக்கருக்களுடன் தொடர்பு கொள்கிறது, எனவே அதன் பிணைப்பு ஆற்றல் குறைவாக உள்ளது. இந்த மேற்பரப்பு ஆற்றல் சொல் அதை கணக்கில் எடுத்துக்கொள்கிறது, எனவே எதிர்மறையானது மற்றும் மேற்பரப்பு பகுதிக்கு விகிதாசாரமாகும். கூலோம்ப் ஆற்றல். ஒரு கருவில் உள்ள ஒவ்வொரு ஜோடி புரோட்டான்களுக்கும் இடையிலான மின்சார விரட்டல் அதன் பிணைப்பு ஆற்றலைக் குறைப்பதில் பங்களிக்கிறது. சமச்சீரற்ற ஆற்றல் (பாலி ஆற்றல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது). பாலி விலக்கு கொள்கையுடன் தொடர்புடைய ஒரு ஆற்றல். கூலோம்ப் ஆற்றல் இல்லையென்றால், அணுப்பொருளின் மிகவும் நிலையான வடிவம் புரோட்டான்களின் அதே எண்ணிக்கையிலான நியூட்ரான்களைக் கொண்டிருக்கும், ஏனெனில் நியூட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்களின் சமமற்ற எண்ணிக்கை ஒரு வகை துகள்களுக்கு அதிக ஆற்றல் அளவை நிரப்புவதைக் குறிக்கிறது, அதே நேரத்தில் மற்ற வகைக்கு குறைந்த ஆற்றல் நிலைகள் காலியாக இருக்கும். ஆற்றல் இணைத்தல். புரோட்டான் ஜோடிகள் மற்றும் நியூட்ரான் ஜோடிகள் ஏற்படும் போக்கில் இருந்து எழும் ஒரு திருத்தச் சொல்லான ஆற்றல். ஒரு ஒற்றைப்படை எண்ணை விட சம எண்ணிக்கையிலான துகள்கள் மிகவும் நிலையானவை. அணு இயற்பியல் கோட்பாட்டில் உள்ள அணு சுற்றுப்பாதைகளைப் போலவே, நியூக்ளியன்கள் சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமித்துள்ள நியூக்ளியஸிற்கான பல மாதிரிகளும் முன்மொழியப்பட்டுள்ளன. இந்த அலை மாதிரிகள் நியூக்ளியன்களை சாத்தியமான கிணறுகளில் பெரிய புள்ளி துகள்களாகவோ அல்லது "ஒளியியல் மாதிரியில்" உள்ளதைப் போல நிகழ்தகவு அலைகளாகவோ கற்பனை செய்கின்றன, சாத்தியமான கிணறுகளில் அதிக வேகத்தில் உராய்வு இல்லாமல் சுற்றுகின்றன. மேற்கண்ட மாதிரிகளில், நியூக்ளியன்கள் ஜோடியாக சுற்றுப்பாதைகளை ஆக்கிரமிக்கக்கூடும், ஏனெனில் அவை ஃபெர்மியன்கள், இது சோதனைகளிலிருந்து நன்கு அறியப்பட்ட சம/ஒற்றைப்படை Z மற்றும் N விளைவுகளை விளக்க அனுமதிக்கிறது. அணு சுழல்களின் சரியான தன்மை மற்றும் திறன் அணு சுற்றுப்பாதைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்களிலிருந்து வேறுபடுகிறது, ஏனெனில் முதன்மையாக நியூக்ளியன்கள் நகரும் ஆற்றல் கிணறு (குறிப்பாக பெரிய கருக்களில்) அணுக்களில் எலக்ட்ரான்களை பிணைக்கும் மைய மின்காந்த ஆற்றல் கிணற்றிலிருந்து மிகவும் வேறுபட்டது. ஹீலியம்-4 போன்ற ஒரு சிறிய அணு அணுக்கருவில் அணு சுற்றுப்பாதை மாதிரிகளுடன் சில ஒற்றுமைகளைக் காணலாம், இதில் இரண்டு புரோட்டான்களும் இரண்டு நியூட்ரான்களும் ஹீலியம் அணுவில் உள்ள இரண்டு எலக்ட்ரான்களுக்கான 1s சுற்றுப்பாதைக்கு ஒத்த 1s சுற்றுப்பாதைகளை தனித்தனியாக ஆக்கிரமித்து, அதே காரணத்திற்காக அசாதாரண நிலைத்தன்மையை அடைகின்றன. 5 நியூக்ளியன்களைக் கொண்ட நியூக்ளியங்கள் அனைத்தும் மிகவும் நிலையற்றவை மற்றும் குறுகிய காலம் வாழ்கின்றன, இருப்பினும், 3 நியூக்ளியன்களைக் கொண்ட ஹீலியம்-3, ஒரு மூடிய 1s சுற்றுப்பாதை ஷெல் இல்லாத போதிலும் மிகவும் நிலையானது. 3 நியூக்ளியன்களைக் கொண்ட மற்றொரு நியூக்ளியஸ், ட்ரைடான் ஹைட்ரஜன்-3 நிலையற்றது மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்படும்போது ஹீலியம்-3 ஆக சிதைந்துவிடும். 1s சுற்றுப்பாதையில் 2 நியூக்ளியன்களுடன் (NP) பலவீனமான அணு நிலைத்தன்மை டியூட்டரான் ஹைட்ரஜன்-2 இல் காணப்படுகிறது, புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரான் சாத்தியமான கிணறுகளில் ஒவ்வொன்றிலும் ஒரே ஒரு நியூக்ளியன் மட்டுமே உள்ளது. ஒவ்வொரு நியூக்ளியனும் ஒரு ஃபெர்மியன் என்றாலும், {NP} டியூட்டரான் ஒரு போசான் ஆகும், எனவே குண்டுகளுக்குள் நெருக்கமாக பொதி செய்வதற்கு பாலி விலக்கலைப் பின்பற்றாது. 6 நியூக்ளியன்களுடன் லித்தியம்-6 ஒரு மூடிய இரண்டாவது 1p ஷெல் சுற்றுப்பாதை இல்லாமல் மிகவும் நிலையானது. மொத்த நியூக்ளியன் எண்கள் 1 முதல் 6 வரை உள்ள ஒளி கருக்களுக்கு 5 கொண்டவை மட்டுமே ஸ்திரத்தன்மைக்கான சில ஆதாரங்களைக் காட்டவில்லை. மூடிய குண்டுகளுக்கு வெளியே ஒளி கருக்களின் பீட்டா-நிலைத்தன்மையின் அவதானிப்புகள், புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களின் மந்திர எண்களுடன் ஷெல் சுற்றுப்பாதைகளை எளிமையாக மூடுவதை விட அணு நிலைத்தன்மை மிகவும் சிக்கலானது என்பதைக் குறிக்கிறது. பெரிய கருக்களைப் பொறுத்தவரை, நியூக்ளியன்களால் ஆக்கிரமிக்கப்பட்ட குண்டுகள் எலக்ட்ரான் குண்டுகளிலிருந்து கணிசமாக வேறுபடத் தொடங்குகின்றன, இருப்பினும், தற்போதைய அணுக் கோட்பாடு புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள் இரண்டிற்கும் நிரப்பப்பட்ட அணு குண்டுகளின் மந்திர எண்களைக் கணிக்கிறது. நிலையான குண்டுகளின் மூடல் வழக்கத்திற்கு மாறாக நிலையான உள்ளமைவுகளை முன்னறிவிக்கிறது, இது வேதியியலில் கிட்டத்தட்ட மந்தமான வாயுக்களின் உன்னதமான குழுவிற்கு ஒத்ததாகும். 50 புரோட்டான்களின் மூடிய ஷெல்லின் நிலைத்தன்மை ஒரு எடுத்துக்காட்டு, இது தகரம் 10 நிலையான ஐசோடோப்புகளைக் கொண்டிருக்க அனுமதிக்கிறது, இது வேறு எந்த உறுப்பையும் விட அதிகம். இதேபோல், ஷெல்-மூடலில் இருந்து தூரம் இந்த துகள்களின் நிலையான எண்ணிக்கையிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ள ஐசோடோப்புகளின் அசாதாரண உறுதியற்ற தன்மையை விளக்குகிறது, அதாவது கதிரியக்க உறுப்புகள் 43 (டெக்னீசியம்) மற்றும் 61 (ப்ரோமெத்தியம்), ஒவ்வொன்றும் 17 அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட நிலையான உறுப்புகளால் முன்னும் பின்னும் உள்ளன. இருப்பினும், மூடிய குண்டுகளிலிருந்து வெகு தொலைவில் உள்ள அணுசக்தி பண்புகளைக் கணக்கிட முயற்சிக்கும்போது ஷெல் மாதிரியில் சிக்கல்கள் உள்ளன. இது சோதனைத் தரவுகளுக்கு பொருந்தக்கூடிய ஆற்றலின் வடிவத்தின் சிக்கலான பிந்தைய தற்காலிக சிதைவுகளுக்கு வழிவகுத்துள்ளது, ஆனால் இந்த கணித கையாளுதல்கள் உண்மையில் உண்மையான கருக்களில் உள்ள இடஞ்சார்ந்த சிதைவுகளுடன் ஒத்திருக்கிறதா என்ற கேள்வி உள்ளது. ஷெல் மாதிரியில் உள்ள சிக்கல்கள் நியூக்ளியன் கிளஸ்டர்களை உள்ளடக்கிய யதார்த்தமான இரண்டு-உடல் மற்றும் மூன்று-உடல் அணுசக்தி விளைவுகளை முன்மொழிய வழிவகுத்தன, பின்னர் இந்த அடிப்படையில் நியூக்ளியஸை உருவாக்குகின்றன. அத்தகைய மூன்று கிளஸ்டர் மாதிரிகள் ஜான் வீலரின் 1936 ரெசோனேட்டிங் குரூப் ஸ்ட்ரக்சர் மாடல், லினஸ் பாலிங்கின் க்ளோஸ்-பேக் செய்யப்பட்ட ஸ்பிரோன் மாடல் மற்றும் மெக்ரிகரின் 2டி ஐசிங் மாடல் ஆகும். மாதிரிகளுக்கிடையேயான நிலைத்தன்மை சூப்பர்ஃப்ளூயிட் திரவ ஹீலியத்தைப் போலவே, அணு கருக்கள் ஒரு நிலைக்கு ஒரு எடுத்துக்காட்டு, இதில் (1) தொகுதிக்கான "சாதாரண" துகள் இயற்பியல் விதிகள் மற்றும் (2) அலை போன்ற இயல்புக்கான உள்ளுணர்வு அல்லாத குவாண்டம் இயந்திர விதிகள் இரண்டும் பொருந்தும். சூப்பர்ஃப்ளூயிட் ஹீலியத்தில், ஹீலியம் அணுக்கள் அளவைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அடிப்படையில் ஒருவருக்கொருவர் "தொடுகின்றன", ஆனால் அதே நேரத்தில் போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் ஒடுக்கத்துடன் ஒத்துப்போகும் விசித்திரமான மொத்த பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. அணு கருக்களில் உள்ள நியூக்ளியன்களும் அலை போன்ற தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன, மேலும் உராய்வு போன்ற நிலையான திரவ பண்புகள் இல்லை. ஃபெர்மியன்களான ஹேட்ரான்களால் ஆன கருக்களைப் பொறுத்தவரை, போஸ்-ஐன்ஸ்டீன் ஒடுக்கம் ஏற்படாது, இருப்பினும், பல அணு பண்புகளை எர்வின் ஷ்ரோடிங்கரின் குவாண்டம் சுற்றுப்பாதைகளில் சிக்கியுள்ள பொருட்களின் அலை போன்ற நடத்தையின் உராய்வு இல்லாத இயக்க பண்புக்கு கூடுதலாக, தொகுதியுடன் கூடிய துகள்களின் பண்புகளின் கலவையால் மட்டுமே இதேபோல் விளக்க முடியும். மேலும் காண்க குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் நியூக்ளியஸ்-ஒரு ஆன்லைன் பாடப்புத்தகத்தின் ஒரு அத்தியாயம் தி லைவ் சார்ட் ஆஃப் நியூக்ளைட்ஸ்-ஜாவாவில் ஐ. ஏ. இ. ஏ அல்லது "அணு ஷெல் மாதிரி" குறித்த எச். டி. எம். எல் கட்டுரை, பல்வேறு கூறுகளுக்கு அணு ஷெல் நிரப்புதலை வழங்குகிறது. அணுகப்பட்டது செப்டம்பர் 16,2009. காலவரிசைஃ துணை அணுக் கருத்துக்கள், அணு அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பம். அணுக்களின் அணுக்கரு வேதியியல் அணுக்கரு இயற்பியல் துணை அணுக்கரு துகள்கள் கதிர்வீச்சு வேதியியல் புரோட்டான் எலக்ட்ரான்