原子，作为物质组成的一种主要微粒，在科学技术高度发达的今天，已不再是鲜为人知的外来词。就连其复杂的内部结构，也不是深不可测的未知世界。“原子是由原子核及核外绕核高速运动的电子组成的”，这是众所周知的原子核式结构理论。然而，这一理论的形成绝非某些人的主观臆想，它的形成经历了其自身的发展阶段，凝聚了科学家们的智慧与心血。厄内斯特·卢瑟福在确凿的实验基础上提出了这一原子核式结构理论。
打开原子世界的大门
早在19世纪初，科学家们就通过对一系列物理和化学现象的研究，已初步认识到：原子只是在化学反应中保持元素性质不变的最小微粒，而不是在物理结构上不可再分的最小微粒，原子可能有自身的内部结构。那么，原子的构造究竟是怎样的呢？
原子的尺寸太小了，人们还不可能用肉眼对它的内部结构进行直接的观察。人们能够直接捕捉到的一些原子信息，只是一些宏观现象，比如原子光谱、元素周期变化的性质、各种电子现象、天然放射现象等等。在这种情况下，人们要探测原子的内部结构，就需要靠人们依据一定事实的想像，用模型化的方法来探索它。
所谓模型化的方法，就是通过对人们构想出来的某种模型的研究来达到对模型所模拟事物原型的认识的一种研究方法。这种方法是人们在探索未知领域过程中的一种重要手段。模型可以是一种定性的描述，例如利用某种实物或图像，因而具有直观性、形象化的特征；模型也可以作定量的处理，例如，建立某种数学模型，从而深刻揭示出被模拟对象的某些内在的本质联系。模型可以在科学事实和科学理论之间起到桥梁作用。运用模型化的方法不仅可以解释已知现象，而且可以在模型的基础上，建立起新的科学理论，从而预言更多的未知现象。
科学家们在企图打开原子世界的大门，对神秘的原子世界进行探索的时候，正是利用了原子模型这一有利的科学工具。
最早在实验科学的基础上提出原子有内部结构概念的科学家是安培，他认为，化学元素的原子是由更细小的亚原子粒子组成的。他为了解释磁现象，还曾提出过有关分子环电流的假设。在以后的几十年里，科学家们对原子的结构纷纷提出自己的设想。德国科学家费希纳于1828年从安培的观点中得到启发，设想每个物体是由一些类似太阳系一样，尺寸很小的原子组成，每一个“太阳”原子都伴随着一些较小的“行星”原子，像天体一样由万有引力联系起来。
后来，韦伯于1874～1875年间，又在费希纳模型的基础上作了进一步的改进。他认为重的“太阳”原子和几乎没有重量的“行星”原子都是带电的，因此维系它们的力是电力。但他认为中心的重粒子带负电，围绕它旋转的轻粒子带正电。以上所说的这些模型的最大困难在于，这些组成原子的微粒都是一些假想出来的物质，没有任何实验根据。直到19世纪末，电子和天然放射现象被发现后，原子模型的构想才开始建立在经过实验发现的粒子的基础上。
正当德国物理学界沉浸于热辐射问题研究的时候，其他国家的大多数科学家都在19世纪末物理学三大发现的鼓舞下，不仅掀起了一股研究各种射线的热潮，而且也为揭示原子结构的奥秘重新设想了各种各样的模型。
开尔芬在1867年曾经提出过“涡旋原子”的模型，他在当时科学实验所提供的信息的基础上设想出，原子可能不是一个密不可分的颗粒，而是由一些做涡旋运动的更小微粒组成的。后来，他在1901年，又提出了一种新的原子模型，认为原子是由带正电的均匀球体所组成，带负电的电子以独立的形式分布在原子球体内。这些电子在原子内能自由地运动，并受到一个指向原子中心的电力作用。原子球内，正负电荷相同，因此对外表现为中性。当电子离开原子时，可能会以超过光速的速度飞出，这时物体就是放射性的。开尔芬的这个原子模型是有一定的合理成分的。当年居里夫妇从事放射性研究时，主要的依据就是这个原子模型，显然，这种模型是非常成功的。但是，它毕竟还不是一个完美的理想模型，它的成功还具有一定的局限性。利用这种模型，不能解释原子光谱和元素性质的周期性，它也没有对原子的稳定性给予完备的说明，所以，根据历史的发展规律，它必将被新的更科学、更合理的原子模型所取代。
J·J·汤姆逊是第一个用实验的方法证明电子存在的人，他早就认为原子理论中，最关键的问题是对门捷列夫元素周期律的解释。在1897年，他发现电子的时候就暗示了束缚在原子中的电子，可能提供了元素周期律，换句话说，元素的周期性可能是由元素的原子中的电子决定的。他的这个预见性的想法，现在已被证实了是何等的正确！
他在设想原子模型的时候，受到了迈耶尔关于磁悬浮体实验的启发，迈耶尔将一些磁针插在木塞里，然后将它们放在一碗水中，这些磁针在碗上方中央一块磁铁所形成的中心磁场的作用下，会形成整齐的稳定排列。汤姆逊把这个实验与电子在原子正电球内的排列联系起来。
于是，他着重考虑了漂浮在正电球中的电子数目和它们的排列顺序。为了维持原子的稳定性，他设想电子可能是按一定顺序排列的。经过一定的计算后，他认为当电子数少于4个，至少两个时，这些电子有规则地排列在与中心保持等距离的位置上；然而，当它们的数目超过4个时，它们就要分布在一些同心圆环或同心球壳上，这些环或壳上的电子数呈周期性排列，电子在自己的平衡位置附近振动。
J·J·汤姆逊的这个模型有一点像西方人吃的那种夹了葡萄干的面包，又像是一只红瓤黑子的西瓜，所以历史上被人们称之为“葡萄干面包”模型或西瓜模型。这个模型的成功之处在于它保持了原子的稳定性并解释了元素的周期性。这个模型在当时众多的关于原子的描述中是最科学、最成功的模型，而且长时间地占据主导地位。但是，它在解释光谱现象和放射性时遇到了很大困难。
就在汤姆逊构思“葡萄干面包”模型的时候，在地球另一侧日本东京大学的科学家长冈半太郎提出了另一种原子模型。
他认为原子是由许多电子围绕一个带正电的重核旋转的体系，就像土星和它的圆环一样。由于这些电子在各自的圆环上振动而发光，在不同圆环上的电子会产生不同的振动方式，具有各自不同的固定振动频率，所以就形成了分立的线光谱。但这样必须假设每个原子都要有许多电子绕核旋转，这就无法对元素的周期性给予解释。他还根据天文学上关于土星环运动稳定性的研究，得出了他的模型中环的运动方程。但他所提出的模型，远不如“葡萄干面包”
模型影响大。
在以上所谈到的众多的原子模型中，我们看到了每种模型都有自己的成功之处，但每种模型又都有自己的局限性，它们中还没有一种模型能解释所有的原子所表现出的性质。所以，人们还需要不断地去探索，去寻找那个合理而又科学的原子结构。英国物理学家厄内斯特·卢瑟福，一生为此付出了大量心血，做了大量的科学实验，最后终于发现了确凿的理论根据，建立了迄今为止最科学、最合理的原子核式结构模型。
卢瑟福与他的时代
卢瑟福的祖籍是苏格兰，祖上世代为农民兼手工业者，后来迁移到新西兰。厄内斯特·卢瑟福出生在与他终生结下不解之缘的卡文迪许实验室成立并动工建筑的同一年，即1871年。勤劳、奋斗和实干的家庭，使他从小就懂得从实际出发，通过自己的脑和手进行创造性的劳动，才是人生价值的真谛。
卢瑟福童年时生活在一个多子女的大家庭里，贤慧而有教养的母亲把教师之心和母爱倾注在对12个孩子的抚养上，她教育孩子们要兄弟姊妹友爱互助，让他们朗读书籍，相互倾听、启发和纠正。有时，她像教师那样把地图挂到墙上，向孩子们讲解国内外地理和时事新闻。她有一架钢琴，而且弹得很好，优雅的琴声，孩子们的歌声，使卢瑟福经常陶醉于家庭之爱和音乐的享受中。喜欢音乐和朗读后来成了卢瑟福的爱好。但是，天有不测风云，在他13岁时，他的两个弟弟在佩洛鲁斯海峡的一次翻船事故中被淹死，他的父亲在岸边寻找尸体长达几个月之久。从此，家中再也听不到母亲的琴声，母亲长期处于悲痛之中，卢瑟福因此受到很大的刺激，他暗下决心，一定要发奋努力，为家族争光，以分担父母的悲伤和家庭的负担。
卢瑟福在学生时代，以数学好著称。但是，把他首先引向科学研究领域的却是实验家毕克顿教授。毕克顿教授在为他写的1851年大英博览会奖学金证书中写道：“从一开始，他就对实验科学展示出不凡的素质，并且在研究工作中表现出高度的创造性和能力……”并进一步介绍卢瑟福的品德说：“就个人而言，卢瑟福先生有着如此敦厚的性情和那么愿意帮助其他同学克服他们的困难，也热爱所有曾经同他接触过的人。”
卢瑟福在坝特伯雷学习的4年中，曾多次获得奖励，同时获得了几个学位，并参加了一些学术组织，在各项活动中都表现出积极、主动热情的品格，并任过负责人。在学习期间，为了贴补费用，他曾在中学任过短期代课教师，也做过家庭教师。在大学一年级的年末，他寄住在女房东赖因齐·牛顿家里，她是一个有4个女儿的寡妇，后来卢瑟福与她的长女玛丽·牛顿相爱，并私定终身。卢瑟福是一个对父母、对师长、对朋友和爱人感情始终专注、忠诚的人，他一旦与玛丽·牛顿有了感情，便忠贞不渝，从未对别的女人产生这样的感情。1895年，大英博览会奖学金考试，卢瑟福终于被录取。为了科学上锦绣前程的生涯，他不得不与未婚妻告别，去到当时著名的科研中心——英国剑桥大学三一学院的卡文迪许实验室做研究生。从此，卢瑟福正式走上了神圣的科学研究道路，就是在这条艰苦而又伟大的道路上，他以α射线为武器，成功地打开了原子的大门，建立了原子核式结构理论，写下了科学史上不朽的篇章。
X射线并不是核现象，但它却是导致核现象的起因，所以在我们了解α射线之前，我们的故事从X射线的发现讲起。
一提起X射线，我们马上会联想到医院里的X光室。在那里，医生可以为你透视肺部，看看肺里有没有病；手脚骨折了，医生也要叫你先拍一张X光片，看看骨头坏了没有，伤在何处，然后再进行治疗。X射线除了能诊断疾病之外，在工业、科学研究等领域也发挥了重要的作用。但这X射线在19世纪初还没有一个人认识它。
在19世纪末，许多物理学家在实验室中进行模拟雷电研究时，发现了阴极射线这种物质，当时世界各国的各大实验室都在致力于研究这种射线。在这个世界范围内研究阴极射线的热潮中，德国维尔茨堡大学的校长伦琴也对这个问题发生了兴趣。伦琴是位治学严谨、造诣很深的实验物理学家。1895年11月8日傍晚，伦琴在自己的实验室里操作着阴极射线管，他先把阴极射线管用墨黑的厚纸包严，不让一丝光线进入，实验室里漆黑一片，他打开开关。突然，不超过1米远的小桌上有一块亚铂氰化钡做成的荧光屏上一闪一闪地发出光来，细心的伦琴没有忽略这一奇异的现象，他想把荧光屏移远一点继续试验，当他拿起荧光屏的时候，不由得毛骨悚然：一个完整的手骨的影子出现在荧光屏上，吓得他浑身冒出了冷汗。当时他还不相信自己的眼睛，这究竟是在做实验还是中了邪魔，当他定神之后，手骨的影子也消失了。伦琴决定反复试验。于是他打开了灯，再仔细检查一下阴极射线管是否包裹好，当一切准备妥当，他又重复做了刚才的实验。啊！奇妙的光线又出现了，手骨影子又出现在荧光屏上，再一次试验成功，说明所发生的现象并非出于偶然，而是确确实实的实验事实。伦琴认识到这光线肯定不是阴极射线，因为阴极射线射程短，现在这射线能穿透过玻璃、黑纸、手，说不定是一种人类未认识的新射线。他越想越兴奋，越想要探索这新射线究竟是什么。
一连几天实验做下来，伦琴感到很累，他真想好好地休息休息，但强烈的探索欲望使他精神倍增，他又继续做起实验来了。他拿了好多东西，如木头、铁块、橡胶等一一放在阴极射线管和荧光屏之间，结果那种神奇的射线都把它们穿透了。后来他放上一块铅，又换了一块铂，终于挡住了这种射线。
伦琴的妻子一般不来实验室，但近一时期伦瑟好久没回家，为了弄清楚他究竟在干什么，她决定来探望他。一天夜里，她轻手轻脚地推开了实验室的大门，一看，自己的丈夫正伏在桌子上睡着了，她随手拿了件衣服给他披上，谁知这一披，惊醒了他，他马上站起来拉着妻子的手说：“来，给你做一个有趣的实验。”他把妻子的手放到一平台上，打开阴极射线管的电源开关，荧光屏上立即显示出一只手骨的图像，妻子惊奇万分，问：“是什么射线有那么大的魔力？”伦琴答道：“我也不知道，兴许是一种无名的射线吧！”这时妻子脱口说道：“还是个X！”伦琴听后，心头顿时一亮，连声说：“说得好，就叫它X射线吧！”从此这被伦琴发现的射线，就一直叫“X射线”，有时人们为了纪念它的发现者伦琴，也叫它“伦琴射线”。
X射线的发现轰动了整个世界，当时人们还仅仅把它当做一种游戏工具，后来医学家首先用它来帮助诊断病情，造福于全人类。不仅如此，更重要的是人们对X射线的研究，促使发现了天然放射线，揭开了微观物质世界的奥秘，从而打破了物理学的旧观念，激起了人们探索新事物的热情。
伦琴发现了X射线，并广泛应用到医疗诊断上，这件事大大激励了物理学家亨利·贝克勒尔，他是研究荧光和磷光的专家。他觉得X射线和荧光也许属于同一机理，都是从阴极对面的那一部分管壁发出的。于是，贝克勒尔想试试看，看看荧光物质发荧光的同时，会不会产生穿透力很强的X射线。
1896年2月的一天，贝克勒尔开始了他的实验。他取来一瓶荧光物质——黄绿色的硫酸双氧铀钾，这种物质在阳光的照射下会发出荧光，贝克勒尔想知道它们是否会同时发出X射线。
