稳定同位素分布的基本规律

1、稳定同位素分布的基本规律第 15 卷第 4 期 2002 年 11 月同位素Jou rnal of Iso topes. 15 N o . 4V o lN ov . 2002稳定同位素分布的基本规律王昱应( 山西潞安矿业集团公司技术中心, 山西长治 046204)摘要：在参量S =2Z -N、82上界以H =N -Z的正方形核素图中,核素稳定区显示 出范围常数44;偶Z 60坐标4H =2, 4, 8 递变；坐标差12-8上界与偶Z 5280下界 的边界线以坐标4 H =2, 2, 4, 4, 8, 8 递变。偶Z核对应区的Z下界以坐标 S =8, 4, 2 递变 ; 稳定区左界由核素 30,

2、 48Cd 68, 76O s 116 为中点联系着。综 Zn 401*0 合得到稳定同位素的新基本规律是:1, 2, 4, 8, 16, 8, 4, 2, 1。并建立能级以 2 步解释。以稳定区边界规律外推出放射核素的可能上界是坐标 H 60 或 80S 关键词 : 正方形核素图 ; 稳定同位素 ; 分布规律 ; 氘氚模型中图分类号:O 571. 21 文献标识码:A 文章编号 :() 20670116 192( 周期律 ) 。在核素分类基础上。 50 年前 , 稳定核素已几乎全部发现, 早就应提出同位素分类学问题了 1 。但人们一直以为元素周期律可以代替核素分类, 实际上两者本质根本不同

3、: 元素周期律是核外电子排布, 而核素分类则是核内质子(p ) 与中子 (n ) 排布或融合。前者决定原子的性质及其结合成分子, 后者决定原子核性质与同位素的存在。核内蕴藏着巨大能量, 核素分类的应用前景目前难以估量。各类核素的存在, 是在核力场中 p 、 n 相互作用的结果, 核子、核力性质不变, 其分布规律的发现与解释, 将加深对核力的理解。质子数 (Z ) 、中子数 (N ) 一定的核具有确定的一整套核性质, 说明 Z 、 N 是核的最基本性质, 其次是核素的稳定性 , 其中天然丰度最基本。本研究以核素最基本特点整数(Z 、 N 关系与核子结团 ) 分析有天然丰度核素的分布。两对应参量确

4、定一个原子核时, 它们表示的物理意义是相对的 : 一个参量的意义由其对应参量决定, 本身仅确定其表示意义的纯系数。综合得 : 在核内的 p 与 n 相似性可扩大到包括氘、氚、氦 25 等结团之间也具有相似性, 即表示这些核子或核子结团2的整数参量Z 、 N 、 S 、 H 、 K 之间具有可比性。 112 核素坐标 S 、 H 与正方形核素图当以 Z 、 N 关系分析核素时, 引入两参量S =2Z -N , H =N -Z 作核素图 , 使每核的整数关系增至4组 , 即 S +H =Z , H +Z =N , Z +N =A , K =S -H 。此模式改变了 70 年来仅以 Z 、 N 、

5、A 核素基本性质整数难以表现核之间联系的局面。当以新参量S 、 H 标绘核素图时, Z2048036(S =44, H =32) , 为 76O s 1084432208184, 32; Z4438442381907844, P t 1123410648381968044与 H g 1163692U 3814654与 44, R u 5236896, 两界差 Cd 5810K =-16 与 28 的绝对值和也是44, 稳定区范围1 基本概念111 以整数分析的基本条件以整数分析核素 , 首先需要设定核素的整数出现三个44。当包括放射核素时, 核素坐标边界跨度也相近, 改变传统核素图窄长条形分布

6、至长宽相近, 故称之为正方形核素图 3 。正方形核素简图示于图 1。参量之间具有可比性。核素分布的基本事实与核收稿日期 :2002207220; 修回日期 :2002209220 基金项目 : 科技部基础司攀登计划预选项目 ( 98, 12)作者简介：王昱应(1946),男(汉族)，山西沁县人，教授级高级工程师，从事核 素分类研究248 同 位 素第 15 卷113 定义几种边界核(1) 偶 Z 界核 : 当 Z 为偶常数时, 这类核素稳定区同类核素的分布规律211偶Z 6082上界以坐标 H =2, 4, 8 递变2088238中核子数最少与最多的核素称作此Z 值的下界与上界。如 Z 20

7、核素有6 核 , 核素 20与 20Ca 20Ca 28200128分别是 Z 20 的下界与上界。(2) 坐标差 K 上界 : 当 K 为常数时 , 这类核素中核子数最多的核称为 K 的上界。 K 上 界又分为两类: 偶偶核上界与奇A 核上界。如 K 12 些 Z 上界依序为 60, N d 9030301501546232,，Sm 9230, 这 12 个 Z 上界构成平竖折线, 其特征坐 Pb 12644偶核是12,，76, 奇A核素是14,，M g 12O s 108Si 151204432131, 则 76 与 62 分别是 K =12 的偶偶 Sm 87O

8、 s 108Sm 1*524184 29标为(30, 30) , (32, 30),，(38, 44)。坐标 ？ S >2, AH =2, 4, 8, 以等比 2递变。见图2。212 偶K 12-8上界与偶 Z 5280下 界以坐标4 H =2, 2, 4, 4, 8, 8 递变-8上界核依序为 76, K =12O s 10844322041841491907844, P t 11234核上界与奇A 核上界。(3) 坐标 H 界核 : 坐标 H 为常数时 , 其核子数取最少与最多的核分别为其下界与上界如坐标 H 24 的下上界分别是50 与 66。 Sn 74D y 902624422

9、4124，80。从坐标 H 32始，出现等值 H 36, 40, H g 124364442, 44, 增量 H =4, 4, 2, 2 。偶 Z 52 至 80 下界是1205236,54Xe 70,，80 边界折线的特征坐标 T e 68H g 1*36124 196156H 16, 24, 8, 8, 4 递变。两条图 1 正方形核素简图 (S-H )稳定核素；一奇奇核素第 4 期王昱应 : 稳定同位素分布的基本规律 249系：下区 4H =8,中区 4H =8, 4,上区 H =8, 4, 2 。3 偶 Z 界核对应区之间的内在联系(1) 在稳定区中部 , 存在由坐标 S =28 与

10、38, H =16 与 20 为四边围成的矩形区域。是 Z 44, 46, 48 三上界核分别以其坐标H 16, 18, 20 对应着坐标S 38 的 Z 54, 56, 58三下界。在稳定区象这样的偶 Z 核矩形区共有四个, 它们是 Z 26, 28, 30 上界对应 Z 36,38, 40 下界 , Z 50, 52, 54 上界对应 Z 66, 68, 70 下界 , Z 66,68, 70 上界对应 Z 76, 78, 80 下界。见图3。四个区域的 Z S =30, 38, 42, 44,以$ =8, 4, 2:5-n(3) S =23, 438, 3084381*1*11234是四

11、区2界核折线以三坐标(44, 32) ,(44, 36) 连接,特征坐标 H 16, 24, 32, 36, 40, 42,44, 由上至下以? H =2, 2, 4, 4, 8, 8 重等比递变。213 稳定区左侧的三组五核的联系在稳定区中部左侧坐标 S 28的(28, 16),，(28, 24) 五偶偶核素，其中点是Cd下段三核是Z 44, 46, 48 上界 , 中间三核是H 22, 20, 18 的左界 , 上段三核是K 4, 6,8 的区域下界。五核形成重叠的三组三偶偶核边界, 其中点是所在 Z 、 H 、 K 的三重边界。与上述坐标S相同，坐标4H =8的五种核素边界线，在左界上部

12、有坐标80 上界，S =36 的(36, 36)(36, 44) 是 Z =72上段四核是坐标 H =3844下界，上段三核是K =-4, -6, -8的区域下界。在稳定区下区有坐标S =20的(20, 6)(20, 14)五种偶偶核素，是偶Z 2634的上界，其中点是(20, 10);上段四核是偶 H =814的下界，最上三核是K =10, 8, 6的区域下界。这三组五核的中点为70 116 19230Zn 40, 48Cd 68, 76O s 116,都是所在 Z 、 H 、坐标 S =20, 28, 36以$ =8 递变，坐标 H =10, 20, 40K 的界 1*0 核 , 三核以等

13、比 2 倍递增。这三组五核的坐标由下式确定(1) S n =28+8n ,n =0, ±1H nm =20 ? 2n +2m , m =0,1, ± 2(2) 还应指出, 这些界核递变还存在深层次联1951164828其 K =22, 20, 16, 10,K =2, 。关系式为:(4) K =22-n (n -1) ,n =1, 2, 3, 4由坐标 S 与 K 规律已知 , 由 K =S -H 求出其坐标H , 就可确定四个Z 下界中点 , 再定出中核的上下两核素 ; 同理以 Z 上界的坐标S 与坐标 H 可确定三 Z 上界坐标 , 就能定出了一个区域的偶偶核存在范围。

14、4 奇 A 上界核素的三点共线对称规律当以差K分析奇A核上界分布时，共有29种K上界，K >0的上界依序为78, 79,P t 117A u 118393940391986820图 3 偶 Z 界核对应区25099第15卷同位素，44。这些上界显示出系统的三点共线对称R u 553311呈三点共线对规律性。如 K =0, 1, 2 的三核坐标(39, 39) , (40, 39) , (41, 39)称, 以差序数 K (0, 1, 2) 表示这组三点共线对称。411 六种特点的三点共线对称性4奇A上界核素的六种三点共线对称规律见图4。K 06的7种上界可组成：以K 3 为中心的三组共线

15、对称 , 以差序数 K 表示为 (0, 3, 6) , (1, 3, 5) , (2, 3, 4)。依序数K的连续三组为(0,1,2) , (2, 3, 4) , (4, 5, 6)。K 210不连续的三组为(2, 3, 4) , (5, 7, 9) , (6, 8, 10)。平行向上左移的三组：以上述K 105的平行组为基础, 以其中点为新下端点 , 原上端点左移一格为新中点作三点共线对称, 得到三组平行共线对称组 :(5, 7, 9) , (6, 8, 10) ; (1, 4, 7) , (2, 5, 8) ; (-4, 0,4) , (-3,1, 5)。K为3倍数的平行三组：倍数的K 0

16、, 3,，21有奇A上界，线组为(0, 3, 6) , (15, 18, 21) ; (3, 21) ; (3, 9, 15) , (6, 12, (,) 的三群：它们以K =0上界78为公共核素，当K AP t 11739390 时, 可组成 7组三点共线对称组 , 似无三组特点, 但以自然数连续实际是三群 , 共线组为 (0, 1, 2) ; (0, 3, 6) , (0, 4, 8) ;(0, 7, 14) , (0, 8, 16) , (0, 9, 18) , (0, 10, 20)。依序为 K =1,3 4, 7 10三群，各有1,2, 4组三点共线对称，外推可至K 1522。412

17、 坐标 S 39 奇 A 上界的 ? H =2, 2, 4, 4, 8坐标 S 39 分布着 K =-4, -2, 0, 4, 8, 16 的奇 A 上界 , 它们的坐标H =43, 41, 39,35, 31, 23 以 ? H =2, 2, 4, 4, 8 递变。这类核素的系统性是195核素 62 在稳定区边界意外存在的原因。 Sm 85392345Xe 73, 如核差 K 以 1 或 2 递变的 , 其 K 为:(2, 3, 4) , (4, 5, 6) , (6, 8, 10) , (10, 12, 14) , (14, 16, 18) , (18, 19, 20) , (20, 21

18、, 22) 。以 K 12 上界为中 点的七组12754147图 4 奇 A 上界核素的六种三点共线对称规律三点共线对称，以坐标(37, 25) 为中点，K 取26, 8,10 七值:(K ,12, 24-K )以 K 10 上界 15564Gd 91 为中心 , 由 8核可组成一个回字形图形, 3727 再加对角线外侧 3 核共 12核素，核素127Xe并不位于最外端。核素半衰期性质表明，一种有天然丰度的核素还能有 两种半衰期。基于这些原因 , 核素 54 极可能有甚微量天然丰度。 Xe 7335191276 原子核的氘氚结团模型5原子核是 p , n 对立统一的结果, 以氘结团(d ) 、

19、氚结团 (t ) 填充比 p 、 n 单独填充可更好地体现p 、 n 的相互作用 , d 、 t模型的基本思想是在四维时空中 d 与 t 填充能级的分裂与兼并都以 2 为比率。已经有多种证据证实原子核由 d 、 t 组成 , 如从核中打出了 d 、 t 结团 ; 核内存在 6 个夸克与 9 个夸克的态; 已分析得 d 、 t 自由 d 稳定 , t 有放射性 , 与 p , n 核的氘氚模型:d ;邻能级数以2或2;子数确定,n ,轨道角动量l , j ,磁量子数m ;同一主量子数时，其它四个量子数遵守不相容原理，不存在全同态；N取值0,1,2,，8; n 、l、j、m各取正负单位值。填充d、

20、t的能级以2分裂与兼并。主量子数 N =0 时有一个能级; N =1 时有 2 个能级 , N =2 时有 4个, N =3 时有 8个, N =4时分裂成 16个, 这时四个态的能级全充满; 以下能级以 2简并 , N =5 时减半至 8 个, N=5 时是 4 个, N =7 时有 2个, N =8 时有 1 个。能级个数由下式决定:4) 4-n5) ) , n =0,1,2, 3,，8 ? S =2全充满填充氚时, 先填充两个1 至坐标 H =-1 与 0, 是负能级与基态; 其次是最大能级数 16, 再填充 8, 第二个 8; 填充 4, 第二个 4; 然后两个 2, 形成全充满的 1

21、6, 8, 8, 4, 4, 2, 2 排列 , 表现为稳定区右界坐标H 16, 24, 32, 36, 40, 42, 44 递变。氘氚填充位置相同的核素 , 其性质与递变应该相似。例如 :(38, 16) (42, 24) (44, 32) ; (44, 36) (42, 40) (40, 42) (38, 44) ; (20, 10) (28, 20) (36, 40) ; (30, 8) (38, 18) (42, 26) (44, 34)。中间 S 2H 图长宽相近, 然后从右下向左上伸展, 两端的图都是窄长条形, 而正方形图处于中间位置。这种图中偶 Z 边界主要是平竖折线, 发现稳

22、定区范围常数为 44, 各类核素以 2 等差、等比、重等比递变, 综合得核素体系的新基本规律。有些规律在其它图中难被看出 , 而象差 K 上界在其它图中不一定还是界核, 其规律也就无法表现。(2) 稳定区范围的基本边界线。从 Z 60上界开始,以4H =2, 4, 8 递变至稳定区上界H 44,再以AH =2, 2, 4, 4, 8, 8向下递变至 Z 52的下界，联系偶Z 4024与Z5042下界的坐标 S (H ) =4 与2递变。根据上述等比与重等比各三个递变值的特点，由 Z 2424 开始 , 以 C r 26222坐标$ )(30, 10), 在至()? S ) =2, 2, 2,

23、2 与1,1, Z下界连接，从而形成从Z 6030)女S,以顺时针经两上界坐标H 44, S，(38,16) 至(22, 2)的连续稳定区边界线 , 等比、重等比及1, 2, 4 递变都有三项。共有47 种偶偶边界核素。 (36, 16)至(30, 10)的特点与化学元素分类的三个铁磁性元素仅算一格，71号元素仅占一格相似。 Z 57(3) 同位素存在的新规律。综合各类核素以 2 等差、等比、重等比递变的分布规律 , 把稳定范围常数44 分解为 2, 4, 8, 16, 8, 4, 2 。两边顺延1,3, 4就形成了 1, 2, 4, 8, 16, 8, 4, 2, 1 。这种新规律能解释稳定

24、区范围的基本特点。如稳定区上界为 44, 差 K 方向 , 共有 45 列(加 K =0) , 坐标 H 44 列包括坐标H =-1 与 0两列 , 共有 46 列。今后需要分析规律中 1与 16的具体位置,1可能位于坐标S =27, 45 与 H=14, 29, 45, 以及 (40, 40) , (39, 39) , (32, 14) , (34, 45) , (32, 46)。“ 16”分布在坐标 S 2642, 1430,-160; H 1430, H 4460等。(4) 放射区的 H 上界是 H =60 或 806 。以稳定区的边界规律为基础, 外推可预测核素放射区的边界。由偶Z 6

25、082上界的？ H =2, 4, 8 递变，再以？ H =16从坐标(38, 44)向上递变至(38, 60) , (40, 60) 。确定的 98 与 100 恰是 Cf 158Fm 1603860406025650260目前放射核素上界。以稳定区左界的三个中点坐标(20, 10) , (28, 20) , (36, 40)为基础 , 若从坐标 H =0 始, 以？ H =10, 10,20, 20 递变 , 将至上界核124。如从坐标H 40 以等比 2 递变 , 将是核 R f 1644460 素 124。前者是以稳定区上区规律外推, 后两种 R 2044480 是以整个稳定区外推这需要

26、将来实验检验。放射区的坐标S =68 。在偶 Z 界核对应区规n律中 , 坐标 S =26 与 2 之和确定第一个坐标 S , 3283287 一些推论与结果(1) 正方形图中核素分布规律最优。在A , Z , N , S , H , K 中取两变量Z 2A ,Z 2N , S 2H , K 2H ,的各种图中，稳定区先由左下向右上递变，再依次加减10 确定对应的 S , 关系式为 :n(6) S n =26+2n n +1=26+2+(-1)? 10S n当 n =1, 2, 3 时, 得前三个区的两界坐标S :28, 38; 30, 20; 34, 44 。当 n =4 时,确定的坐标是=

27、32,对应第三区的 Z 66, 68, 70 的下S 4=42, S 4 '界 S 与 S =32 有 Z 58 的上界核素58。当 n =Ce 8432265 时，得S 5=58, S 5 ' =68。最大值恰是目前放射 142核素区的边界。以稳定区为基础, 得到包括放射区的规律可能是:2, 4, 8, 16 的正反双循环, 在坐标S 以反方向递变, 在坐标 H 以正方向从小到大递变。需要今后联系核性质深入分析。目前 , 核素分类还未完成, 需要进一步联系核性质确定新规律的具体细节 , 把核整数场应用于核分布规律的研究4, 确认同位素存在的新规律 , 在核素分类基础上, 建立

28、完善原子核的氘氚模型, 发展成统一的核结构理论。以 Z 、 N 数关系研究同位素存在规律很可能是一个正确探索方向 , 这需要大家, 尤其是青年学者参与, 争取早日完成核素分类, 为自然科学作出应有的贡献, 为中华民族增光。参考文献 :1 拉夫鲁希娜A K 著 1 吕小敏译 1 核化学的成就M 1 北京:科学出版社，1962110210712 王昱应 , 林红 1J 1 科学的美国人 (中译刊 ) , 4) :5613, 1(S 2H )Z 1 北京 :14M 1北京: 科技文献出,25, 34 40, 45 50, 65 69, 74 991王昱应1 原子核结团假说填充能级的分裂与兼并J 1

29、自然杂志，1995, 17(6) :36136216 王昱应 1 核素区的可能上界J 1 科学 (Scien tificAm erican in Ch ina ) , 1999, (11) :6117W AN G YuY ing 1L i m its of Nuclear Coo rdinatesfo r Stab le R egi on N uclear Science and T echno lo 2gy , 1995, 32(2) :160. 8 W AN G Yuying 18 瞻望核素分类前景以新方法研究核素分类, 以偶偶界核规律外推, 如两坐标 S >44, H >44

30、 就出现矛盾,论证了稳定范围常数应为 447, 分解常数 442n 成。得到核素新基本规律是1, 1 。 , 具有新颖性与科学性。的 , , 仅是普通核素中的一类 , 幻数规律仅是局部。所以 , 与幻数相 比, 新 2n 规律更具有普遍性, 为研究同位素的存在规律提供许多新课题 , 开辟核素研究的新领域。文献 4 已较详细地说明核素分类阶段成果, 以氘氚模型初步解释新规律, 依规律预言核素 130B a 不稳定 , 得到国际核数据网的证实8, 9 。还需要检验核素氙2127 是否确有天然丰度, 以及更多的证据支持新规律存在。B a 74m ay be N atu ral R a 2di oat

31、ive N ucleu s of L ong H aff 2life W ith +B B of EC A 1In ternati onal Conference on Iso top es A b stracts C 1Ch inese N ucle 2ar Society Iso top e Society of Ch ina 119951134.9 9 T u liJK . N uclearW allet Cards M (6thediti on ) 2000. 36.13056Fundam en ta l Law of D istr ibution for Stable IsotopesW AN