러더퍼드의 산란 실험을 통해 본 원자핵의 크기







핵의 발견

20세기 초에는 원자가 전자를 포함하고 있다는 사실을 제외하고는 원자의 구조에 대해서 알려진 것이 별로 없었습니다.
당시에 원자는 마치 건포도가 들어 있는 푸딩 모형과 같은 것이라고 생각하였습니다. 이 모형에 의하면 원자 내의 양전하들은 전체 부피 내에 골고루 퍼져 있으며, 전자(건포도)들은 전하의 구(푸딩)내에서 고정점들을 중심으로 진동하고 있는 것으로 생각되었습니다.

1911년 러더퍼드(Rutherford)는 강력한 에너지를 갖는 α-입자(헬륨의 원자핵)를 얇은 금박 조각에 충돌시키는 실험을 하였습니다.
전자보다 7300배나 무거운 α-입자는 +2e의 전하를 가지고 있으며 많은 방사성 물질로부터 수 MeV의 에너지를 가지고 자연적으로 방출됩니다.
러더퍼드는 이 실험으로 α-입자들이 금박 조각을 통과하면서 휘어지는 양을 측정하려 했입니다.


실험의 결과, 대부분의 α-입자들은 작은 각도로 산란되지만, 매우 놀랍게도 매우 작은 양의 α-입자가 180도에 가까운 큰 각도로 산란되었습니다.
이 실험을 통해 인류는 원자핵의 존재를 알게 되었습니다.
실험의 결과를 분석하여 러더퍼드는 다음과 같은 결론을 내렸습니다.

“원자핵의 반지름은 원자의 반지름보다 매우 작아야 하며, 그 비는 약 104이다. 다시 말하면 원자의 대부분은 빈 공간으로 구성되어 있다.”

뛰어난 과학자의 날카로운 통찰력과 몇 가지 간단한 계산에 의해서 그렇게 중요한 결론을 이끌어 내는 것은 흔한 일이 아닙니다.


얇은 금박 조각에 의한 α(알파)입자의 산란을 실험하기 위해서 사용된 실험장치. 검출기는 여러 산란 각도로 회전될 수 있습니다. 이처럼 간단한 실험장치로 원자핵이 발견되었습니다.