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最轻的氢原子核有最小的电荷数和质量数，而其他原子核的电荷和质量数恰好是氢核电荷的整数倍。那么，各种原子核是否由氢核组成的呢？1919年卢瑟福曾用粒子轰击氮核，结果产生一个氧核和一个氢核。这说明原来的氮核中确实存在有氢核。于是断定氢核是构成各种其他原子核的带电的基本粒子，并定名为质子，用符号表示。质子的质量为

但是一般原子核的质量数总是多于其电荷数近一倍。从可见，一个的原子核并非仅包含个质子。为此，曾有人提出所谓质子-电子结构的假说，即认为的核是由个质子和个电子结合而成。但这种想法并没有普遍被接受，因为这个假设与许多实验事实不符，而且也有理论上不可克服的困难。

原子核的组成问题是在1932年之后才逐步弄清楚的．1930年玻特(W. Bothe )和贝克(H..Becker）在研究用产生的氦核（粒子）去轰击一些轻元素，如Li、Be、B、F等时，观察到了贯穿能力很强的辐射，这粒子就是后来命名的中子。当时却认为它是射线。居里(Frene Curie)和约里奥(J. F.Joliot )用这粒子射线轰击氢核，氢核获得的反冲能量为MeV。如果这种射线粒子是射线的光子，则根据能量守恒定律和动量守恒定律来计算，光子必须具有的能量约是MeV，而实际上入射粒子的初动能只有MeV左右。若入射粒子是光子的话，守恒定律就不成立。两年之后，查德威克 (J. Chadwick) 对这现象进行仔细的分析研究后指出，这种射线粒子不是光子而是一种质量与质子相近的不带电的中性粒子，称为中子（用符号n表示）．他从实验数据中算得中子的质量，现在测得中子质量为

后来许多实验确凿无疑地证实了中子的存在，中子是另一个基本粒子。现在利用中子射线来探测原子核和各种材料性质的方法获得了广泛的应用。宇宙中还发现了一种中子星，它主要是由巨大数量的中子聚合而成的。

在中子被发现之后，海森伯和伊凡宁柯立即创立了原子核的质子-中子结构学说。海森伯还指出质子和中子不过是同一粒子的两种状态(称为同位旋(isospin)1/2的两个投影。相当于自旋1/2的两个投影)。它们质量上的微小差异是由电性质的不同而引起的。因此，将它们统称为核子。在提出原子核由中子和质子组成之后，任何一个原子核都可用符号表示，其中为质子的个数，是中子的个数，为核内的核子数。对于轻核，质子数和中子数近乎相等，对于重核，中子数约为质子数的倍，参见图16-1。这是由核子之间作用力的性质所决定的。例如氦核中有两个质子和两个中子；铁核中有26个质子和30个中子；铀核中有92个质子和146个中子等。利用原子核的质子-中子结构图可以解释同位素的存在以及核的自旋等性质。虽然原子核的组成问题基本得到了解决。但原子核的结构还存在不少有待解决的问题，这些问题将是今后的核理论继续研究的课题。

中子在原子核中是构成核的稳定粒子，但在核外并不稳定，一个自由的中子的平均寿命约15min，它将衰变为一个质子、一个电子和一个反电子中微子（），因此自由中子是有放射性的。