Згідно з загальноприйнятою моделлю, ядра атомів будь-якого хімічного елемента складаються з протонів і нейтронів. Ці найдрібніші частинки були відкриті в різний час. Кожне з відкриттів на крок наближало вчених до використання ядерної енергетики.
Відкриття протона
Протон - це ядро атома водню, елемента, який має найбільш просту будову. Воно має позитивний заряд і практично необмежений час життя. Це найстабільніша частинка у Всесвіті. Протони, що утворилися в результаті Великого Вибуху, досі не розпалися. Маса протона становить 1,627 * 10-27 кг або 938,272 еВ. Частіше цю величину висловлюють в електронвольтах.
Протон був відкритий "батьком" ядерної фізики Ернестом Резерфордом. Він висунув гіпотезу про те, що ядра атомів усіх хімічних елементів складаються з протонів, оскільки за масою вони перевищують ядро атома водню в цілу кількість разів. Резерфорд поставив цікавий досвід. У ті часи вже була відкрита природна радіоактивність деяких елементів. За допомогою альфа-випромінювання (альфа-частинки являють собою ядра гелію з високими енергіями) вчений опромінював атоми азоту. В результаті такої взаємодії вилітала частинка. Резерфорд припустив, що це протон. Подальші досліди в бульбашковій камері Вільсона підтвердили його припущення. Так у 1913 році була відкрита нова частинка, але гіпотеза Резерфорда про склад ядра виявилася неспроможною.
Відкриття нейтрона
Великий вчений знайшов помилку у своїх розрахунках і висунув гіпотезу про існування ще однієї частинки, що входить до складу ядра і володіє практично тією ж масою, що і протон. Експериментально він не зміг її виявити. Це зробив у 1932 році англійський вчений Джеймс Чедвік. Він поставив досвід, в ході якого бомбардував атоми берилію високоенергетичними альфа-частинками. Внаслідок ядерної реакції з ядра берилію вилітала частинка, згодом названа нейтроном. За своє відкриття Чедвік вже через три роки отримав Нобелівську премію. Маса нейтрона дійсно мало відрізняється від маси протона (1,622 * 10-27 кг), але ця частинка не володіє зарядом. У цьому сенсі вона нейтральна і в той же час здатна викликати поділ важких ядер. Через відсутність заряду нейтрон може легко пройти через високий кулонівський потенційний бар 'єр і впровадитися в структуру ядра. Протон і нейтрон мають квантові властивості (можуть проявляти властивості частинок і хвиль). Нейтронне випромінювання використовують у медичних цілях. Висока проникаюча здатність дозволяє цьому випромінюванню іонізувати глибинні пухлини та інші злоякісні утворення і виявляти їх. При цьому енергія частинок відносно маленька. Нейтрон, на відміну від протона, нестабільна частинка. Її час життя становить близько 900 секунд. Вона розпадається на протон, електрон і електронне нейтрино.