Bedste svar
Kernen menes at bestå af protoner og neutroner, kaldet nukleoner. For de lettere elementer er antallet af hver type det samme, men for tungere kerner er der flere neutroner end protoner.
Protoner har en positiv ladning, og neutroner har ingen ladning. Ifølge elektriske effekter alene skal en kerne sprænge på grund af de store frastødende kræfter mellem protonerne i et så lille rum – kerner er kun ca. 10 ^ -15m tværs. Det faktum, at mange af dem er helt stabile, må betyde, at der er en anden større tiltrækningskraft, der virker mellem nukleoner. Dette kaldes den STÆRKE KERNEKRAFT. Det menes at være meget kort rækkevidde.
Det antages, at denne kraft opstår, fordi nukleoner i sig selv består af kvarker, som producerer den stærke kraft ved udveksling af GLUONS. Protoner har to UP-kvarker og en NED-kvark, hvorimod en neutron har en UP-kvark og to NED-kvarker.
Mange kerner er ustabile og derfor radioaktive. De kan gennemgå spontane ændringer kendt som alfa-henfald, beta-henfald, gamma-henfald og et par andre mindre almindelige processer. Alfa-, beta- og gammastråler er alle skadelige afhængigt af deres intensitet. De kan producere strålingsforgiftning og endda død.
Nogle meget store, tunge kerner, såsom uran 235, kan spontant splittes i to stort set lige store dele eller kan induceres til at gøre det, når de rammes af en energisk neutron . Dette kaldes nuklear FISSION, og hver reaktion kan også producere 2 eller 3 hurtigtgående neutroner. Dette kan give anledning til en KÆDE-REAKTION, som bare sker, når massen af den rene isotop bliver større end den KRITISKE MASSE, for den særlige fissionable isotop. Dette er den proces, der sker, når en atombombe eksploderer.
På den anden side kan små, lette kerner slutte sig sammen, når de kolliderer med tilstrækkelig energi. Dette producerer en enorm produktion af energi på atomskalaer. Det enkleste eksempel er, når 2 deuteriumkerner kolliderer for at producere en heliumkerne. Deuterium er en isotop af hydrogen med en proton og en neutron i kernen. Denne proces er den vigtigste reaktion i solen og producerer al dens varme og lys. Det er også processen, der bruges til at fremstille en H-bombe eller et termonukleært sprænghoved. Det kunne også være den proces, der kunne give os fusionskraft, som næsten ville være fri energi uden skadelige biprodukter.
Svar
Først vil jeg tale om det meste af svar, jeg har set her. Disse svar er korrekte inden for rammerne af klassisk fysik og Bohr-modellen for et atom. Under denne model ville svaret “Det er et vakuum, og elektronerne kredser om kernen” ville være korrekt. Bemærk, at denne model af atomet fungerer til de fleste formål. Dette er den version, der normalt undervises i gymnasiet, fordi skoler af en eller anden grund synes, det er okay at ignorere de sidste 100 år med fysikudvikling.
Men under moderne kvantemekanik er dette ikke korrekt.
Kvantemekanik fortæller os, at der ikke er noget mellemrum mellem elektronerne og kernen, fordi der ikke er faste elektroner. I stedet for er det slags “smurt” ud over hele atomet det meste af tiden som en sandsynlighedsdensitetsfunktion, kun lejlighedsvis at vælge en fysisk placering, når noget interagerer med det. Jeg forstår, at sandsynligheden kan være vanskelig at forstå nogle gange (det tog mig bestemt et stykke tid), så her er et link til et Quora-svar, der diskuterer en intuitiv forståelse af sandsynlighedsdensiteter:
Hvad er en intuitiv forklaring på en sandsynlighedsfordeling ?
Sagen er, at en QM-sandsynlighedsfunktion strækker sig over stort set hele atomet, men tilskynder elektronen til at materialisere sig på diskrete steder. Dette inkluderer muligvis inde i kernen såvel som uden for atomets typiske interaktionsområde, men med meget lav sandsynlighed. Det er simpelthen en del af, hvordan QM fungerer, og årsagen til kvantetunnel. Desuden styres sandsynlighedsfunktionens form delvis af kernens form. Ud fra dette kan det konkluderes, at der faktisk ikke er noget tomt rum inde i atomet: det hele er fyldt med en “sandsynlighedsfordeling”, der beskriver elektronens position. Og da elektronen normalt “smøres” ud over funktionen, kan det siges, at der heller ikke er noget vakuum.
Det giver ikke meget mening? Aftalt, men sådan fungerer verden.
Mere læsning: