1803 ஆம் ஆண்டு டால்டன் முன்வைத்த கொள்கையின்படி அணுவானது பிளக்க முடியாத ஒரு திண்மக் கோளம். ஆனால் 19 ஆம் நூற்றாண்டின் இறுதியிலும் 20 ஆம் நூற்றாண்டின் ஆரம்பத்திலும் நடத்தப்பட்ட மின்னிறக்கக் குழாய் (discharge tube), கதிரியக்கப் பரிசோதனைகள் அணுவின் உண்மையான உள்ளமைப்பை வெளிக்கொணர்ந்தன. 1897 இல் J.J. தாம்சன் கதோட்டுக் கதிர்கள் மூலம் இலத்திரனைக் கண்டுபிடித்ததுடன், அணுவானது மேலும் பிளக்கப்படக்கூடியது என்பதும், அது உப-அணுத் துணிக்கைகளால் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது என்பதும் உறுதியானது. அதைத் தொடர்ந்து புரோத்தன், நியூத்திரன் ஆகிய இரு அடிப்படைத் துணிக்கைகளும் கண்டறியப்பட்டன.
| துணிக்கை | மின்னேற்றம் | திணிவு | அமைவிடம் | கண்டுபிடித்தவர் |
|---|---|---|---|---|
| இலத்திரன் (e⁻) | −1 | ~1/1836 u | கருவைச் சுற்றியுள்ள ஓபிற்றல்களில் | தாம்சன், 1897 |
| புரோத்தன் (p) | +1 | ~1 u | அணுக்கருவினுள் | கோல்ட்ஸ்டைன் / ரூதர்போர்ட், 1919 |
| நியூத்திரன் (n) | 0 | ~1 u | அணுக்கருவினுள் | சட்விக், 1932 |
மிகக் குறைந்த அமுக்கத்தில் வளிமம் அடைக்கப்பட்ட மின்னிறக்கக் குழாயின் மின்வாய்களுக்கிடையே உயர் மின்னழுத்தம் பிரயோகிக்கப்படும்போது, மறைமின்வாயிலிருந்து (கதோடு) நேர்மின்வாயை (அனோடு) நோக்கிக் கண்ணுக்குப் புலப்படாத கதிர்கள் பாய்வதை விஞ்ஞானிகள் அவதானித்தனர். இக்கதிர்களே கதோட்டுக் கதிர்கள் (cathode rays) என அழைக்கப்பட்டன.
இக்கதிர்கள் நேர்கோட்டில் பயணிக்கின்றன — பாதையில் ஒளிபுகாத் தடையை வைத்தால் தெளிவான நிழல் உருவாகும். பாதையில் ஒரு சிறிய சுழலியை வைத்தால் அது சுழல்கிறது — எனவே இவை உந்தமுள்ள, திணிவுடைய துணிக்கைகளே, வெறும் ஒளியல்ல. மின்புலத்தில் செலுத்தும்போது இவை நேர்த்தட்டை நோக்கி வளைகின்றன — எனவே இவை மறை மின்னேற்றமுடையவை. எந்த வாயுவைப் பயன்படுத்தினாலும், எந்த உலோகக் கதோட்டைப் பயன்படுத்தினாலும் கிடைக்கும் ஏற்றம்-திணிவு விகிதம் (e/m) மாறாதிருந்தது — அதாவது, எந்தவொரு சடப்பொருளிலிருந்தும் வெளிவருவது ஒரே வகையான, உலகளாவிய அடிப்படைத் துணிக்கையான இலத்திரன் என்பது தாம்சனால் 1897 இல் உறுதியானது.
1886 இல் கோல்ட்ஸ்டைன் துளையிடப்பட்ட கதோடைக் கொண்ட மின்னிறக்கக் குழாயைப் பரிசோதித்தபோது, கதோட்டுக் கதிர்கள் செல்லும் திசைக்கு எதிராக, கதோடின் பின்புறமாக நேர்மின்னேற்றமடைந்த கதிர்கள் செல்வதை அவதானித்தார். அதிவேகமான கதோட்டுக் கதிர் இலத்திரன்கள் குழாயிலுள்ள நடுநிலை வாயு அணுக்களுடன் மோதி அவற்றின் இலத்திரன்களை வெளியேற்றுவதனால், எஞ்சும் வாயு அணுக்கள் நேர்மின்னேற்றமுடைய அயன்களாக மாறி அனோடிலிருந்து கதோடை நோக்கி ஈர்க்கப்படுகின்றன — இவையே நேர்க்கதிர்கள் (canal rays).
கதோட்டுக் கதிர்களைப் போலன்றி, நேர்க்கதிர்களின் e/m விகிதம் குழாயினுள் உள்ள வாயுவின் தன்மைக்கேற்ப மாறுபடும், ஏனெனில் வெவ்வேறு வாயுக்களின் நேர்-அயன்கள் வெவ்வேறு திணிவுகளைக் கொண்டவை. மிக இலகுவான ஐதரசன் (H₂) வாயுவைப் பயன்படுத்தியபோது கிடைத்த H⁺ அயன், மிகக் குறைந்த திணிவையும் மிக உயர்ந்த e/m விகிதத்தையும் காட்டியது. ஐதரசன் அணுவில் ஓர் இலத்திரனும் ஒரு புரோத்தனும் மட்டுமே உள்ளதால், இலத்திரன் அகற்றப்பட்ட பின் எஞ்சுவது புரோத்தன் மட்டுமே — எனவே H⁺ அயனியே நேர்மின்னேற்றத்தின் அடிப்படை அலகாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது. 1919 இல் ரூதர்போர்ட் நைதரசன் அணுவை α துணிக்கையால் தாக்கி H⁺ வெளிவருவதைக் கண்டு, இதை புரோத்தன் என்னும் தனித் துணிக்கையாக முறையாக உறுதிப்படுத்தினார்.
1913 இல் பிரித்தானிய பௌதீகவியலாளர் ஹென்றி மோஸ்லி மூலகங்களின் எக்ஸ்-கதிர் உமிழ்வு நிறமாலைகளை ஆராய்ந்தபோது ஒரு பாரிய உண்மையைக் கண்டறிந்தார்: மூலகங்கள் வெளிவிடும் எக்ஸ்-கதிர்களின் மீடிறனுக்கும், அணுக்கருவிலுள்ள நேர்மின்னேற்றங்களின் எண்ணிக்கைக்கும் இடையே நேரடித் தொடர்பு உண்டு. இதன்மூலம் ஓர் அணுவின் தனித்துவத்தைத் தீர்மானிப்பது அதன் திணிவல்ல, மாறாகக் கருவிலுள்ள புரோத்தன்களின் எண்ணிக்கையே என்பது உறுதியானது. இதுவே மூலகத்தின் அணுவெண் (Z) என வரையறுக்கப்பட்டது.
அணுக்கருக் கொள்கை ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட பின்னர் ஒரு பாரிய முரண்பாடு தோன்றியது — மூலகங்களின் அணுவெண் (புரோத்தன்களின் எண்ணிக்கை) அவற்றின் திணிவெண்ணை விட மிகக் குறைவு. உதாரணமாக, ஹீலியம் கருவில் 2 புரோத்தன்கள் மட்டுமே இருந்தாலும் அதன் திணிவு 4 புரோத்தன்களின் திணிவுக்குச் சமன். எனவே கருவினுள் புரோத்தனின் திணிவுக்குச் சமனான, ஆனால் ஏற்றமற்ற "மூன்றாம் துணிக்கைகள்" இருக்க வேண்டும் என ரூதர்போர்ட் எதிர்வு கூறினார்.
1932 இல் ஜேம்ஸ் சட்விக் இதைச் சோதனை ரீதியாக நிரூபித்தார். பெரிலியம் (⁹Be) இலக்கின் மீது அல்பா (α) துணிக்கைகளை மோதச் செய்தபோது, மிகவும் ஊடுருவும் திறனுடைய ஒரு புதிய கதிர்வீச்சு வெளியேறியது. இது மின்புலத்தால் எவ்வித விலகலுக்கும் உள்ளாகவில்லை — எனவே அது நடுநிலையானது என்பது உறுதியானது. இவையே நியூத்திரன்கள் என அழைக்கப்பட்டன.
நியூக்கிளியோன்கள் (Nucleons): அணுக்கருவினுள் அமைந்திருக்கும் அடிப்படைத் துணிக்கைகளின் பொதுவான பெயர் — புரோத்தன்களையும் நியூத்திரன்களையும் சேர்த்துக் குறிக்கும்.
நியூக்கிளைடு / கருமூலம் (Nuclide): ஒரு குறிப்பிட்ட எண்ணிக்கையிலான புரோத்தன்களையும் நியூத்திரன்களையும் கொண்ட, தெளிவாக வரையறுக்கப்பட்ட அணுக்கரு அமைப்பு. உதாரணமாக, கார்பனின் சமதானிகளான ¹²C, ¹³C, ¹⁴C ஆகிய மூன்றும் கார்பனின் மூன்று தனித்துவமான நியூக்கிளைடுகள்.