原子核接触形结构形式

1 / 16 原子核接触形结构形式 第二部份原子核接触形结构形式 作者： 李守安 (n) 地址： 四川彭州市竹瓦中学校邮编： (611934) 摘要 : 物理理论有两个断层：一个核力性质，一个是核的结构。第一部份该说核力的性质，但全是推导，根据不多。第二部份谈谈核的具体结构，间接的根据较多，说服力较强。 这部份说的核的具体结构是指：所有质子之间间隔 1个中子或 2 个中子，直接接触的一种全新的核结构形式。所有支节以间隔 1 个中子组成，主轴以间 隔双中子组成，分上、下部份。质子支节排列规律类似于核外电子的排列规律进行，先排质子 P 层，且自旋向上的 3 个 P 质子排在上部，自旋向下的 3 个 P 质子排下部；再接着排 D、 F 层。排完的大核有主杆、有许多支节分上下部份，就象一棵有主杆、主根、有支节支根的大树。 由于间隔 1 个中子时质子间引力大于斥力，迫使整个核高速作圆周旋转，其转动时核的直径正好是核的主轴长度，卢瑟福实验中测出核直径，证明和主轴上所有中子和质子直径相加得到的主轴长度相等。碳族核外电子经 化2 / 16 后成三角四面形状，而碳族核内排列经 化后也成三角四 面体而稳定。从 212经衰变后成为了稳定的 08和钴 60 核在 3D 处发生衰变后的位置及产物的核结构也证明三角四面体结构的稳定性。 从这个结构中发现：双中子处核力最弱，原子核裂变就是发生在主杆上部的 2S 至 3S 的双中子上，因此才形成了不对称的产物。从这个结构发现：只有同向旋转的两个核在接近到双中子以内时才能裂合，这就是裂变的原因，也说明发生裂变的条件苛刻。“真理总是最朴素。” 关健词：单中子结构、双中子结构、三角四面体形、支节、主干、树形结构、主轴。 中图分类号：查 阅中国图书馆分类法 总 序 对旧的知识的深入理解和推导，从而得到新的知识理论，科学的发展总是跃越性的，没有大胆的假设就没有科学的发展。对原子核结构的探索将使现在科学理论跃升到一个新的台阶，这个结论若能得到进一步验证，将会重新改写物理教科书。 核外电子具有强力的排列规律，核外电子具有清楚的壳层结构和能级排列，碳族元素外层电子具有 化 3 / 16 对原子核裂变产物分析发现 :为什么裂变成质量均匀的两半几率很小 ,裂 变成不均匀的两半几率很大 ? 钴 60核的衰变后变成了 ，从而核变为稳定结构 .。 212经衰变后成为了碳族中稳定的 208 。稳定的核结构是什么形状的呢 ? 核力是两种不同性质的力的组合，在相邻两质子之间表现出的核力势垒图如图 2从图中可看出质子之间间距在约 R 为质子半径 ),在这区间之外表现出斥力。原子核的高速旋转中每个核子必须具有向心力，所以核子间只能表现出引力才能组成原子核。从图中还可发现在之间引力最强，从这点可推断：质子之间是以间隔 1 个中子或 2 个中子组成原子核的；中子于核内只表现出引力；间隔 1 个中子或 2 个中了后每个核子还具有多余的引力 ，这个多余的引力正好作为核子园周旋转的向心力。难道单中子结构和双中子结构就是原子核的基本结构形式？ 以上所提的许多科学凝问都是由原子核的未知结构产生的，核的结构应该是怎样的呢？推导出一种多支节、相邻质子间隔 1 个中子或 2 个中子的树形结构，并为它命名为“核的树形结构模型”，多质子大核结构象一颗大树，有树根、树干、树支、根支等；少质子核象个小树苗。这样的结构它的主轴长是它作园周旋转时的直径，这个直径正 是卢瑟4 / 16 福实验测得的原子核直径。这种结构正好使任意相邻质子表现出引力，相邻外的所有质子表现出较小的斥力，从而核内总的核子间作用力表现出引力。 下面分两章说明：一章、树形核结构排列规律。包括形状、形式、次序、多中子排列问题等。二章、树形核结构例举证明。包括外围电子运动规律映证树形核的结构；著名弱相互作用宇称不守恒映证树形核结构的非对称性； 212a 衰变映证树形核结构的特殊性；卢瑟福的核直径测定实验映证树形核结构的主轴长。原子核结构是怎样排列的呢？下面分章说明。 一章、树形核结构模型排列规 律 1、原子核的基本结构形式： 任意相邻两个质子之间以什么形式组成核的？ 研究原子时是以原子为钢性球体来研究的。研究核结构首先假定质子中子是钢性球体。主要结构形式 是相邻两质子之间有 1 个中子直接相靠，以球形接触方式接触；次要结构形式 是主轴上相邻两质子之间有 2 个中子成直线接触。图 2 2 碳核是以主要形式结合的。 多质子大核以两种方式根据核力的大小排列的。次要形式中质子间的引力太小，必须有分支旋转产生组合引力作用下才能存在，所以主要在第2 层以外的特定三角区内出现。这两种形式是由核力 的基本特性决定的，强大核力作用下，高速的核子不可能象气模、5 / 16 液模、壳层结构所述“悬空达到平衡稳定”；只能以上述两种结构形式中子质子相间隔接触存在。因为核力是两种不同性质的力的组合，在相邻 2 个质子之间表现出的核力势垒图如图 1，从图中可看出质子之间间距在约 间表现出引力 (R 为质子半径 ),在这区间之外表现出斥力。原子核的高速旋转中每个核子必须具有向心力，所以核子间只能表现出引力才能组成原子核。从图中还可发现在之间引力最强，从这点可发现：质子之间是以间隔 1 个中子或 2 个中子的基本形式组成原子核的；中子在核内只 表现出引力；间隔 1 个中子或 2 个中子后每个质子还具有多余的吸引力 ，它正好作为核子园周旋转的向心力。所以，单中子结构、双中子结构就是组成原子核结构的基本结构形式。 2、原子核的树形核结构模型形状 单中子结构、双中子结构形式又是怎样组成一个大核的？ 原子核结构形状形如一棵理想的大树，叫“树形核结构模型”。多质子大核以主要形式排列到第 2 层后，首尾质子因核力作用而明显偏离轴心，为了加强核力和整体的稳定，就由同等地位的 3 支 P 质子组成三角分支结构，这 3 个P 支节在主轴 S 层质子上取名为 3 支 P 亚 层。稳定态时，这3 支 P 亚层分支与主轴正好形成四面体，称之为：三角四面体结构，如图 2 2 碳核下部的结构分支。在三角分区之后6 / 16 的结构是以双中子次要形式组成。第 3 层以后的分支又可在3 支 P 亚层分支上生长出 5 支 D 亚层分支，第 4 层以后的 5支 D 亚层分支上又可分生出 7 支 F 亚层分支，各亚层分支由能极高低和轨道数决定。所有亚层分支结构形式都是单中子形主要结构形式。多支节大核的分支以 2 支或 3 支组成体系，由各体系组成趋三角四面体形，总体核的形状仍以主轴为中心组成趋三角四面体形结构的亚稳定结构。整个多质子大核结构形如一棵理想大树：有主 干、有分支、有次分支，有主根、有分根、有次分根它以主轴为主体、以三角四面体为根本，首尾以图 2 2 碳下部三角四面体形结构组成为最稳定结构。这就是核的形状。当核高速园周旋转时，从外界观察可以发现它形如“球形”，当核主要以主轴方式旋转时，从外界观察可以发现它形如“仿垂形”。不旋转观察就象一棵理想的大树。所以，把推导得出的核结构叫做树形核结构模型。 3、核内质子分层及按能极高低的排理顺序 树形核结构模型是分层多支节的，它分层排列规律是怎样的呢？ 质子分层可分为 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 层次，每层能排列的质子数分别为： 2、 8、 18、 32、 18、 8、 2、。其中第 2层分为 S、 P 亚层，第 3 层又分为 S、 P、 D 亚层，第 4 层又分为 S、 P、 D、 F 亚层，第 5 层分为 S、 P、 D、 F 亚层，第 67 / 16 层只有 S、 P 两个亚层，第 7 层只有 S 亚层。各亚层质子支数为 S 为 2 支， P 为 6 支， D 为 10 支， F 为 14 支。 质子分层后，能极大小从低到高的顺序是： 1S、 2S、2P、 3S、 3P、 4S、 3D、 4P、 5S、 4D、 5P、 6S、 4F、 5D、 6P、7S、 5F、 6D. 质子数从小到大不同的核依次排列。 从 少质子数到多质子数的核排列正是从能极低到能极高来排列的，由电子排列规律可得到质子排列规律。对于同一层而言：例如主轴的上部第 4S 层上将排列 3 支 4P， 4 支 4D， 4D 上将排列 7 支 4F。也就是说 S 上可排3 支 P，其余各亚层只能排 1 2 个支节。所有质子、中子的增多，总是先从能级最低层次排起，并且总是从核磁场的北极增加，达到三角四体稳定结构后，才在核磁场的南极增加 以上质子排列由核外电子排列规律推导得到。是电子排列规律决定核内质子排列规律？还是核内质子排列规律决定电子排列规律呢？当然是内因质子决定 外因电子，质子排列规律决定电子排列规律；所以，完全可以由电子排列规律映象反推出质子排列规律。以上排列规律类同电子排列规律就是这个道理。 4、中子数太多的大核结构规律 在原子核内，中子的主要作用有点是保护性质的作用，中子的多少与核的自旋和稳定有关，转动平稳、结构稳定的核相应中子数就多些。 8 / 16 对同一种元素，当原子的中子数特别多时，中子加排在什么地点？多中子大核结构，按核的主要结构形式和次要结构形式组合后余下的中子怎样排列？余下的中子将占据质子下一个能极的位置。对于大核余下的中子太多， 它不仅占据下一位质子能级位置，还将占据更下级的第二、三能极的位置。在大核分支处核力加强，园周旋转慢，外围需要的向心力小，在亚层分支之间处也可吸引一些中子；因为质子与质子的库仑斥力，使这些地方不能排上 1 个质子，只能吸引排列一些中子。所以， 越大的、转动越慢的核吸引的中子数越多。 总之， 每个质子运动状态决定 1 个相对应的电子运动状态。电子排理的规律：能量最低原理、洪特规则、保里不相容原理的正确性，正好间接映象出质子排列的正确规律。所以质子分层用大写字母： S、 P、 D、 F 表示。 下面例举一些典型 的核的排列事例，对核的结构规律加以祥细说明。 二章、原子核树形结构模型排列例证 1、核外电子云图映证碳原子核的三角四面体稳定结构形状 一般碳核有 6 个质子和 6 个中子，绝对按能极高低排列出的核结构是： 1 2 2图 2 3 图 (1)，这是一个不稳定的结构，因为图中 2S 上的 1 个质子因核力要9 / 16 偏离轴心转动，很不稳定，一支 2P 质子和另一支 2P 质子两支质子也不能组成三角四面体稳定结构，整个核表现了极不稳定；因此，整个核将重新组合： 1 支 2S 质子与 2 支 2P 质子杂合成 3 支同等的分支，组成三角四面体结构 ，从而使核首尾缩短而成为三角四面体稳定结构；称这种杂合叫碳核的 S 1P 2 杂化结构。所有的碳族原子核都有这种杂化结构。如图 2 3 中间图 (2)， 2化组成三角形，与主轴正好组成三角四面体结构。 2S 杂化为一支节后，一个 1S 作为变化后的 2S，最上面的 2S 成了 1S，整个结构好象减少了一个 2S。这就是核的稳定结构形状：三角四面体形。 碳核外电子云层图如图 2 3 中图 (3)正好是四面体形结构，每个外层电子运动状态都由核内相对位置质子的状态决定，碳核外电子云图正是 碳核质子杂化后组成三角四面体的间接映象。核的结构不可能用实验仪器直接验证，那么，从核外电子的运动状态我们能感悟出什么呢？那就是核内的形状与核外电子的云的形状一定有关联。而对应的核外电子中 ,所有的碳族电子也有同样的杂化结构 ,从而映象出碳核的 化结构。 2、钴 60 核的衰变机理及宇称不守恒的原理映证核的稳定结构形状 钴 60 核的衰变后变成了 ，使外层非三角体形结构衰变后成为三角体形结构，从而核变为稳定结构。 10 / 16 钴 60 核有 27 个质子和 33 个中子，其中最外层 1 个中子 0 n 衰变 成 1 P 质子，并放出 1 个负电子 1 e 。钴60 核结构如图 2 4 中图，按能极排列为： 1 2S 2 、 2P 6 、 3S 2 、 3P 6 、 4S 2 、 3D 7 。最后排列的 3 7 个质子首先在图下部核磁北极排完 5 个后，余下的在上部核磁南极上排上 2 个质子。图 2 4 中图下部北极 ,平面图如图 2 4 中图： 5 个 3D 质子分三组组成三角形，与 1 个 4S 质子组成以主轴为中心的趋三角四面体形结构；这样钴 60 核结构下部变为稳定结构。为什么下部 D 亚层只能排列 5 个质子呢？这是由于质子排列规律决定的： D 亚层最多能排 10 个质子 ； 下面排列 5 个 D 亚层质子，上面排列 5 个 D 亚层质子，并且总是从核磁场北极首先排列，达到半满后，才到上部排列余下的。 钴 60 核的上部结构如图 2 4 图， 2 个 3D 质子与 1 个4S 质子加 1 个中子不能组成三角四面体结构，不稳定；只有在 X 中子处由中子衰变产生 1 个质子才能组成三角四面体结构，从而使整个核变稳定。衰变后没有变成 5 个质子的保满状态，但三角形结构比衰变前稳定得多了。所以钴 60 核在 从此处放出 1 个负电子； 钴 60 核的衰变发生在特定位置，这个位置正好是核磁场的南极。钴 60 核的衰变发生在特定 位置，正好可由科学家吴建雄验证弱作用下宇称不守恒实验得到映证： 11 / 16 1956 年李政道、杨振宇推断弱相互作用中“宇称不守恒”，建议用衰变电子的角分布来推断。 1957 年吴建雄等完成了此项实验： (文献 1) “把衰变的钴 60 核放在强磁场中，温度降到 1K 以下，最后达到，这样有 60的钴 60 核磁矩取顺磁场方向。低温下原子核热运动减低，以免扰乱原子核的有序化。实验发现， 60的射线从反磁场方向发射出来， 40的射线从顺磁场方向发射出来。” 实验证明：钴 60 核衰变发生在核磁的南极，或说是逆磁方向 ，也就是图 2 4 的 X 处。实验映证：核结构排列总是在核磁北极排满后才在核磁南极排列。实验映证：衰变后的三角形比衰变前稳定得多。从整个核结构可以直观看出核结构是非对称的，反过来说明弱相互作用时宇称不守恒的原因。从结构上说“宇称不守恒”其实是核的结构并不是对称性质的，总是 N 极大， S 极小。 结构的土制模形，有机会定会展示给大家。） 下面再用其他方法去映证核的大树形结构。 3、 212 的衰变再次映证核的三角四面体稳定结构和核的排列方法 212的衰变成 208 后，其 208 结构上下为正三角四面体形和趋三角四面体形，比衰变前要稳定得多，再次映证核的三角四面体结构是核的基本结构形状。 12 / 16 衰变方程： 212 208 4 212 是氧族的钋，按核排列规律排列到最后的是 1 支 6P 亚层质子，由于只 1 支亚层质子已经是不稳定结构，再加上周围大核许多质子强大库仑力的斥力作用下，使这支 6P 质子偏移轴心更不稳定，并带动相连的 6S 也不稳定，如图 2 5。经衰变后成为碳族的 208铅核 ,此核没有6成的独立支 节，并且下部又是 S 1P 2 杂化后的三角结构，杂化后的 好象缺一个 6S，就象碳少一个 2S 一样。因此，此 比 212稳定性强，所以 212经衰变后成为了稳定的 208 212 的质子排列顺序为： 1S 2 、 2S 2 、 2P 6 、3S 2 、 3P 6 、 3D 10 、 4S 2 、 4P 6 、 4D 10 、 4F 14 、5S 2 、 5P 6 、 5D 10 、 6S 2 、 6P 4 。最后 4 个 6P 质子在北极排三个后，余 1 个排在南极的 6S 上，成为 1 支不稳定支节。比 6P 能极大的为 7S、 5F、 6D，因此，排中子时，按常规将中子排列后余下的中子，其余的就排在下一能极的质子位置上，如 7S、 5F、 6D 上。一直到 128 个中子排完为此。如图 2 5。整个核形如一颗多支节有规律支节的大树：上部为支干部分，下部为树根部分； 衰变处正好是树顶上 1 支幼枝，象被大风吹断一样自然和谐。 经 衰变后正好成为稳定的 化三角结构。 4、卢瑟福测定核半径实验有力地映证了大树形核的13 / 16 主轴长 卢瑟福用 粒子打击原子核发生散射的方法，求得核的大小，即所认为的核半径大小：计算 方法是：由能量守恒定律与角动量守恒定律得到核半径公式，算出核的半径。由以上实验测得下例一些原子核的半径： 钴 60 核 半径大小为： 10 14 米。 银核 半径为： 2 10 14 米。 212 半径为： 10 14 米 通过对树形核结构模型的主轴直接测量，可以得到核的主轴长。这个长度正好与卢瑟福实验的核半径大小相吻合。 物理上测得 1 个质子半径约为 10 15 米。树形核结构主轴长正好是主轴上所有质子和中子半径的总和。对于钴 60 核 主轴上有 8 个 S 层 质子和 12 个中子，所以，计算出半径总和为： R 10 15 米 10 14 米。 对于银 108 主轴上有 10 个 S 层质子和 16 个中子，所以主轴半径总和 为： R 10 15 米 10 14 米。 对于 212 主轴上有 12 个 S 层质子和 24 中子，另有 1 个 6P 支节对主轴长有一点增加，约加 个中子的半径计算。所以计算出主轴半径总和为： 14 / 16 R 10 15 米 10 14 米 。 从以上实验和测量可看出，在实验误差范围内 ，卢瑟福实验测出的核半径正好等于大树形核结构的主轴长。至于为什么有一点误差？那主要是对高速旋转的核进行实验有测不准的原因，核本身高速自旋、实验碰撞时大核也可能要发生偏移；还可能是受支节核力的影响，因而产生误差。仔细看看可以发现：是卢瑟福实验的测不准还是大树形核结构不对呢！ 所有理论物理和高能实验发现：核力是短程强相互作用力，从核力势垒图中发现两个质子约在 10 15 米的距离内表现为强引力作用，在这个距离之外表现为强斥力作用，且这核力与中子 无关性，使中子在核力中只表现为引力；核力相邻饱和性，使相邻质子为引力，以外的质子表现出斥力。由此说明：在强相互作用中，质子与质子之间不可能以其他模型悬空达到平衡，只能大树形结构成立，以上说的每2 个质子间以单中子结构和双中子结构形式是完全满足核力势垒图中的引力强相互作用和相邻饱和性的；中子在质子之间起调和保护作用，表现为中子质子相互吸引说明核力的与电荷无关性；相邻质子与质子之间因强大引力作用以间隔 1个中子或 1 个中子而成立，并以整个大核作高速自旋所需强大的向心力来减弱质子与质子间的强力作用。特别是外围质15 / 16 子，因没 有引力向外吸引它，而只有向内强引力作用，它需将向内的引力作为自旋的向心力，从而达到平衡；没有这个强力的作用，质子将离心而去；这也是