用 实验+逻辑 探讨核内结构(四）

                                            晏成和

*核裂变：

重核元素的原子量很大、核半径较大、微结构多，中心氦核引力有限，所以容易发生粒子逃逸-核衰变，也可能在中子造乱中发生核分离-核裂变。铀是典型的重核裂变元素、有7个壳层，第5/6壳层所在球面的面积大，氦核之间有较大的的间隙，能够容纳较多的双中子。

大家知道，中子在核外只能存在15分钟，在轻小的核内却能够长期存在，说明核内强场对中子有稳定作用。在重核的表面，若微结构不均布，场强弱、中子不稳定，形成了重核材料不稳定、容易发生衰变、裂变的原因。

元素周期表中的两个数据：原子序数就表达了核内氦核和质中子的数量；原子质量就表达了核内全部质子数，知道了核内结构，很容易算出核内微结构的布局和核稳定程度，现在探索重核原子-铀核裂变发生过程。

常规铀有238个质子，铀的原子序数92。表明核内有 92/2=46个氦核，用去184个质子。还有238-184= 54质子，可以构成27个双中子，均布在氦核间隙，于是该原子还比较稳定，有很长的半衰期（44.68亿年）。

铀235是人们熟知的原子弹裂变材料，有235-184=51 个质子，可以构成 25个双中子、在5/6核层不能均匀分布，还有 1个中子不稳定、伺机与双中子抢位置。核爆炸的引信-外来中子n进入铀 235原子核、与双中子结合，抢位置、抢电子，双中子解体、形成了3个中子；新的中子继续在核内乱窜，分别进入双中子，再形成9个中子……如此拷贝的中子越来越多，混乱造成铀235核内温度升高、体积膨胀，核中心对外层氦核管控不力，混乱发生。

混乱中，外层个别氦核脱离原来位置，携邻近氦核分离，成为新的核心，收纳附近氦核，重新按1/4/9/…排列，于是铀核解体分解成为两个原子核：一个铀 235+n分裂成一个钡和一个氪；同时附近逃逸出来的部分双中子依附其中空间，吸收核外电子形成新元素,完成裂变。

核裂变是核内微结构重组的物理过程、符合物质不灭定律；巨大的能量改变、符合能量守恒定律，可以通过实验数据，按通用的物理公式进行数学计算。如U235裂变，反应式如下：

U235 + n —— Ba + Kr + 几个双中子+中子

原子序数：92 = 56 + 36   氦核数：46 =28+18（氦核一个不少）

原子量：236 = 137.3(钡)+83.8（氪）+14.9（7+个双中子或接近15质子不知去向）

铀核裂变之后形成的钡、氪两个原子核的个体都比较小，层数少、外层氦核之间距离小，容纳不了铀核内原来的双中子，这多余的7+个双中子没有了归宿，蕴含的能量去向如下：

铀 235+n裂变成钡和氪之后的两个原子核的个体、层空间都比较小，容纳不了原来铀核的双中子。7+个双中子内含两个质子原来在铀核内高速运转，质量巨大、速率极高，确实蕴含很大的动能，可以按动能公式E=1/2mV²计算。

7+个双中子内有近15个质子溢出，释放能量，就近俘获电子形成氢、再结合成为了大气中的氢气。这个氢气可以在精细实验中找到，符合能量守恒、物质不灭规律。不存在质量消失，绝不可能是无过程、无厘头的质量变能量。

（在此，回答了文章开头的核辐射了β、γ射线后，其微结构内部的质子去向）

辐射射线的能量：

双中子被排挤在外，没有了核内的引力场环境、极速的外电子解体了，外围电子辐射出来形成了β射线-电子辐射能量；高速运转电子伴生的电磁波形成了γ射线-辐射电磁波能量。

原来铀核内氦核减速释放的能量：

裂变后，虽然两个新原子的氦核之和与一个铀核相同，但是铀核的外面积大、外层微结构运转的线速度V快，裂变之后两个小原子核的V要小很多、V ²更小，动能E同时会小很多；加上7+个双中子的全部动能，能量的去向有据可查，以上数据是能够精密测量、周密计算的，这个核裂变后失去的能量应该等于核爆炸发生的能量，是符合能量守恒。反倒是那个质能公式的光速来历不明、没有质量转换能量的过程和逻辑，没有物理过程的根据。

*核裂变的能量来源：

应该回到能量的源头，回忆我们学过的动能和势能、能量守恒，找到核内粒子自带的能量。一个氦核有4个质子、2 个电子，一个质子的质量是电子的1836倍，质量超大、速率极高；其2个电子更是小包围转动+氦核的公转、动能叠加；此外还有双中子解体时电子高速运转、辐射的β射线速率超高，所辐射的γ射线频率高、能量高；加上原来铀核减速所释放的能量，如此多的动能、辐射能在核爆炸时瞬间爆发。按动能公式、辐射能量公式、简略地算下来，一公斤铀235核裂变的能量超过一公斤TNT炸药爆炸能量（核外电子能量）的数十万倍。核裂变能量是有根有据的物理学存在，完全符合能量转换、能量守恒定律。

以上讨论的核裂变，是常见的核二分裂状况:既然是分离出来混乱的微结构，当然也可能形成3个、4个核心，形成吴健雄先生所发现的三分裂、四分裂的核裂变现象。

从卢瑟福开始人类顽强的探索核内，用α粒子射向金箔、幻数实验用中子去轰击所有元素，两次投石问路，三种射线、一排幻数，事实清楚；运用物理学第一性原理、遵循逻辑追根寻源，知道了核内由氦核、质中子、（双）中子微结构构成，幸运的发现核内、核外结构的精确对应，发现幻数4n特征，对原子核内结构有了清晰的认识，整个过程逻辑贯通、结论互洽。由核内微结构的布局和运动的不平衡，发生了核内运转的不稳定，由此发生的核衰变、核裂变的原因已经真相大白，对核内巨大能量来源有了数理依据，人类对大自然的认知又前进了一程。

                         2024/9/19    2025/4/12（修改、发表)

                        Physics Essays  2025/12/Number4

参考资料

[1]  王令隽，科学前沿（季刊）《致中国物理学界建议书》

[2]  晏成和  科学网博客《原子核内外的关联结构》

https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1191486.html

[3]  晏成和， 科学网博客《原子是怎样构成的》

https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1097295.html

【后纪】是编审先生提出的质疑以及我的解答（略）

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