由于电子质量极小，所以它很有可能是原子的一部分。为了弄清楚原子的结构，英国科学家卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）（左图）于1911年设计了用带正电的射线——阿尔法粒子（α）轰击金箔的实验，实验中观察到大多数粒子穿过金箔后发生约一度的偏转，但有极小一部分射线发生很大角度的偏转（下图），这种现象只有原子中正电荷集中在很小的体积内时才会发生，说明原子中除了电子还有一个很小的致密的核。卢瑟福证实了带正电的原子核的存在。

在此基础上，卢瑟福提出了原子的核式模型，即：原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部的正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围。卢瑟福从理论上推导出散射公式，后被盖革-马斯顿实验所验证，核式模型从而被普遍接受。但卢瑟福模型正负电荷之间的电场力无法满足稳定性的要求，无法解释电子是如何稳定地待在核外。

1913年，丹麦科学家玻尔（Niels Bohr，1885-1962）（左图）在卢瑟福模型的基础上提出：电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；可能的轨道由电子的角动量必须是h/2π的整数倍决定（h为描述量子大小的普朗克常数）；当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率（ν ）和能量（E）之间的关系由 E＝hν 给出。

这个模型（右图）解决了原子结构的稳定性问题，解开了原子结构之谜。

（粒子物理及其发展轨迹：http://www.ihep.cas.cn/kxcb/kpcg/gnwl/gnwl_lzwl/200909/t20090914_2481775.html）　　

1932年，英国科学家查德威克（James Chadwick，1891-1974）（左图）重复德国物理学家波特和法国的约里奥-居里夫妇的实验 。他精心设计，先用α粒子轰击铍，再用铍产生的穿透力极强的射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。由于γ 射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量，查德威克断定这种射线不可能是γ射线。他测量了被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出了这种新粒子的质量。

他认为，只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子，才能解释。 根据卢瑟福的猜想将其命名为中子。德国科学家海伯森（Werner Karl Heisenberg，1907-1976）（右图）以及前苏联科学家伊凡宁柯（Dimitri Iwanenko，1904-1994）各自独立提出，原子核是由质子和中子组成的。以前的质子-电子模型不能解释许多实验现象，而质子-中子模型可以很好说明原子量与原子序数的关系，很快被人们接受，质子与中子统称为核子 。

带正电的原子核是否有内部结构呢？

1914年，卢瑟福用带正电的射线——阿尔法粒子（α）轰击氢原子（左图）。氢原子的半径约为10-8厘米，它的原子核半径约为10-12厘米，只是原子大小的万分之一。氢原子核外只有一个电子，它的束缚能E ~ 13电子伏（eV），远小于电子质量 me ~ 0.5x106eV。实验结果表明：氢原子的电子被打掉后变成了带正电的阳离子，实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测，它就是以前发现的与阴极射线相对的阳极射线，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将它命名为质子。

1919年，卢瑟福用加速后的阿尔法粒子轰击氮原子，结果发现有质子从氮原子核中被打出，而氮原子也变成了氧原子。这可能是人类第一次真正将一种元素变成另一种元素。

（粒子物理及其发展轨迹：http://www.ihep.cas.cn/kxcb/kpcg/gnwl/gnwl_lzwl/200909/t20090914_2481775.html）