Перші уявлення про розміри ядра були отримані Резерфордом при експериментальному вивченні розсіювання # 945;-частинок з енергією
5 МеВ при проходженні через тонкі плівки золота. Спостерігалося, що деяка кількість # 945;-частинок розсіюється на дуже великі кути # 952 ;. майже до 180º. На цій підставі в 1911 р Резерфорд прийшов до висновку, що в центрі атома (точка про на рис. 1.5.1) є область позитивного електричного заряду, пов'язана з великою масою, сконцентрованої в дуже малому обсязі (в порівнянні з об'ємом атома). На підставі закону Кулона для точкових зарядів можна обчислити найменшу відстань rmin. на яке може підійти до центру ядра # 945; -частка, що летить точно у напрямку до ядра (прицільний параметр b = 0). Для цього слід прирівняти її початкову кінетичну енергію до потенційної енергії взаємодії # 945; частинки з ядром в момент її повної зупинки (в точці повороту):
Формула (1.5.1) вірна в припущенні нерухомого ядра, коли маса ядра М (A, Z) >> m # 945; - маси # 945; частинки. Прийнявши кінетичну енергію # 945; частинки дорівнює 5 МеВ і поклавши Z = 79 (золото), отримаємо rmin = 4,5 · 10 -12 см. Природним було прийняти цю величину за верхню оцінку радіусу ядра золота.
Однак необхідно бути впевненим у тому, що відкидна в зворотному напрямку # 945; -частинка не проникає в область позитивного заряду атома, оскільки рівність (1.5.1) справедливо або для точкових, або для сферично симетричних що не перекриваються зарядів кінцевих розмірів. Ретельна перевірка цього припущення була виконана співробітниками Резерфорда в 1913 р і було встановлено хороше згоду експериментальних результатів розсіювання # 945;-частинок з розрахунками за формулою (1.2.2), отриманої теоретично на основі закону Кулона. Виявилося, що закон Кулона має місце для rmin> 3 · 10 -12 см. Подібні експерименти, виконані двадцятьма роками пізніше з # 945; -частками, що мають енергію в десять і вище МеВ (отримані на прискорювачах), показали, що коли відстань між взаємодіючими частинками зменшується до 10 -12 см. Спостерігаються різкі відхилення від закону Кулона, а на відстанях, менших 10 -12 см . виявляється дія швидко відбувають з відстанню сил тяжіння, які перекривають дію кулонівських сил відштовхування.
Надалі розміри ядер визначалися різними способами. Говорячи про розміри ядра, потрібно завжди мати на увазі, що це досить умовна величина. Ядро, як квантовомеханічна система, не має певної межі. Найбільш точними вважаються оцінки розмірів ядра за результатами розсіювання ядрами швидких нейтронів і електронів. Всі досліди підтвердили припущення про приблизно сферичну форму ядра, радіус якого визначається через масове число А як
У дослідах з розсіювання швидких нейтронів на ядрах визначається не радіус ядра, а трохи більше значення радіуса області ядерного взаємодії, тому r0 = (1,3 ÷ 1,4) · 10 -13 см.
де R0 = 1,08 · 10 -13 · А 1/3 см - відстань від центру ядра до місця, де щільність ядра падає вдвічі, а # 948; ≈ 0,55 · 10 -13 см - визначає швидкість убування щільності ядерного речовини. Спад щільності ядерного речовини від 0,9 # 961; 0 до 0,1 # 961; 0 для всіх ядер відбувається в межах однакових відстанях d = 4,4 # 948; = 2,4 · 10 -13 см. Тому у легких ядер відсутня область, де щільність ядерної речовини приблизно постійна (див. рис. 1.5.2).