C открытием естественной радиоактивности ученые стали использовать элементы, обладающие мощным излучением для создания «радиационных пушек». Для этого образец радиоактивного вещества помещали в свинцовый контейнер с небольшим отверстием, через которое выходил тонкий пучок излучения, направляемого на исследуемую мишень. Такую «радиационную пушку» использовал Э. Резерфорд в своем всемирно известном опыте. В 1910 г. в его лаборатории проводились эксперименты, в которых тонкие листы золотой фольги бомбардировали пучком α-частиц^{466}. Основными исполнителями этого опыта были ученики Резерфорда — Ханс Гейгер и Эрнест Марсден.

^{Принципиальная схема опыта Э. Резерфорда (а) и изображение траекторий α-частиц после взаимодействия с золотой фольгой (б)}

Подавляющее большинство α-частиц беспрепятственно прошло сквозь золотую фольгу без какого-либо отклонения от первоначальной траектории движения (линия А), гораздо меньше частиц отклонилось от исходного направления на некоторый угол β (линия В). К всеобщему удивлению, приблизительно только 1 из 20000 α-частиц отражалась от фольги и возвращалась назад (линия С). «Это было почти столь же невероятно, — впоследствии рассказывал Э. Резерфорд, — как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом по листу папиросной бумаги, а снаряд рикошетом вернулся назад и попал в вас»^{467}. Толщина золотой фольги соответствовала приблизительно тысяче атомов Au. Несмотря на это большинство α-частиц беспрепятственно проходили через нее, следовательно, можно было предположить, что атом не является сплошным. Во внешних областях атома находятся отрицательно заряженные электроны, масса которых настолько мала, что они не в состоянии помешать прохождению α-частиц.

Анализ результатов этого эксперимента позволил Э. Резерфорду сделать следующие выводы^{468}:

а) в центре атома находится очень маленькое по размерам положительно заряженное ядро;

б) практически вся масса атома сосредоточена в ядре;

в) ядро атома окружено относительно удаленными от него отрицательно заряженными электронами.

Эти выводы легли в основу планетарной модели атома, предложенной Э. Резерфордом в 1911 г. В этой модели строение атома походило на строение Солнечной системы. Английский физик предположил, что в центре атома (подобно Солнцу) находится очень плотное тяжелое положительно заряженное ядро, окруженное облаком вращающихся легких отрицательно заряженных электронов. Вполне уместно употребить сравнение, что ядро атома — это его сердце, которое защищено облаком электронов. При этом никакие химические превращения не затрагивают целостность ядра. Именно эта неизменность ядра при протекании химических реакций была причиной того, что все полученные до 90-х годов XIX в. экспериментальные данные говорили о неделимости атома. Модель атома по Резерфорду позволила окончательно решить ставившую в тупик три поколения химиков проблему образования и существования ионов. При условии сохранения электронного облака в целом из него могут удалиться электроны или, наоборот, в нем могут разместиться несколько дополнительных электронов.