Modele jądra atomowego

Obecny stan wiedzy na temat sił oddziaływania pomiędzy nukleonami jest jeszcze niepełny, dlatego nie istnieje jedna konsekwentna teoria budowy jądra atomowego. Wobec braku szczegółowej teorii fizycy konstruują modele jądrowe, które opierają się na pewnych upraszczających założeniach, co powoduje, że zakres stosowalności danego modelu staje się ograniczony. Każdy z modeli jądrowych wyjaśnia pewne, konkretne właściwości jąder atomowych i zjawiska z nimi związane, jednak nie odwołuje się przy tym do szczegółowych własności sił jądrowych.  
Najbardziej użytecznymi modelami jądra atomowego są niewątpliwie:
1.    Model kroplowy.
2.    Model powłokowy.
3.    Model kolektywny (uogólniony).

Model kroplowy został stworzony przez Nielsa Bohra i opiera się na założeniu, że nukleony we wnętrzu jądra poruszają się w sposób bardzo chaotyczny  – tak jak cząsteczki wody w kropli deszczu. Podobnie jak w przypadku cieczy właściwości „płynu kwantowego” są scharakteryzowane przez takie wielkości fizyczne jak: gęstość, napięcie powierzchniowe oraz rozkład ładunku elektrycznego. Model kroplowy umożliwia wyjaśnienie wielu faktów doświadczalnych związanych z masą jądra oraz jego energią wiązania. Model ten bardzo dobrze tłumaczy proces rozszczepienia jąder pierwiastków ciężkich, jednak zupełnie zawodzi przy próbie wyjaśnienia występowania stanów kwantowych w jądrze atomu oraz istnienia tzw. liczb magicznych.

Model powłokowy w odróżnieniu do modelu kroplowego opiera się na założeniu, że nukleony w jądrze zajmują ściśle określone położenia (stany kwantowe), co sprawia, że nie mogą one praktycznie uczestniczyć w zderzeniach z innymi cząstkami, będącymi w ich sąsiedztwie. Każdy nukleon zgodnie z tym modelem opisany jest przez szereg liczb kwantowych, które podlegają zakazowi Pauliego. Fakt ten pozwala zrozumieć dużą trwałość jąder niektórych pierwiastków, bowiem w przypadku zderzenia nukleonów każdy z nich musiałby być opisany tymi samymi liczbami kwantowymi, co przeczy zakazowi Pauliego.
Model powłokowy jądra jest analogiczny do planetarnego modelu budowy atomu. Nukleony znajdują się tu na ściśle określonych powłokach, z tą tylko różnicą, że źródłem pola centralnego nie jest tu jeden wyróżniony obiekt (w przypadku atomu jest to jądro)  lecz wypadkowe pole, które pochodzi od wszystkich nukleonów budujących dane jądro. Liczba miejsc, jakie mogą zajmować nukleony na danej powłoce jest ograniczona. Okazuje się, że największą stabilnością wyróżniają się jądra, które mają w całości zapełnioną powłokę. Są to jądra, których liczba protonów lub neutronów jest równa: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 – są to tzw. liczby magiczne.

Model kolektywny łączy ze sobą cechy dwóch poprzednio omówionych modeli. Opiera się on na założeniu, że nukleony należące do zamkniętych powłok jądrowych podlegają wspólnym (kolektywnym) ruchom, które są spowodowane oddziaływaniem z nukleonami zewnętrznymi. Ruch nukleonów zewnętrznych jest spowodowany centralnym polem pochodzącym od rdzenia utworzonego z zamkniętych powłok i może on być opisywany przy pomocy modelu powłokowego. W celu opisania deformacji rdzenia konieczne jest zastosowanie modelu kroplowego.