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原子核内、核外的关联结构

已有 2743 次阅读 2022-7-21 12:24 |个人分类:物理新视点|系统分类:论文交流

按:这是先后向国内几个正规期刊投稿未中的文章,现把前部分在博客发表,请您斧正。亮点评述已经在上篇博文发表,所以在此不赘。

 

原子核内、核外的关联结构

                                              晏成和   武汉电力职业技术学院 退休教师

     温 斌   燕山大学材料学院  教授

提要:原子核如何构成、有怎样的结构?是科学之谜。本研究对核内辐射的α射线-氦核,以及对幻数元素的原子量全是n4的关注,发现原子核的稳定取决于核内的微结构:氦核的2个电子环绕4个质子高速旋转,构成稳定的氦核四面体,然后组合成最稳定的幻数原子核。原子核的放射性(衰变、裂变),是因为其中存在着中子、双中子,这些不稳定的核内微结构。

本研究建立了核内外关联的原子核结构模型。除氢原子外,所有原子核都是由氦核作为最基本单元组成。在原子核内,以一个四面体为中心,向四个面的空间扩展连接更多的氦核,形成氦核1/4/9…分层环绕结构。一个氦核可关联2个核外电子,这正好与核外电子能级排布2/8/18…内外呼应。为原子核内结构与核外的能级结构关联找到了逻辑依据。

利用以上核模型,还可以合理解释幻数实验结果和放射性实验结果,印证核内外结构模型的合理性和有效性,还能解读各种同位素的半衰期巨大差异的原因。

 关键词:氦核  幻数  微结构  四面体  1/4/9  2/8/18   核内核外关联


1.前言(研究的意义、别人的贡献和不足+本文的研究目标)

元素周期表记录了原子是由原子核和高速运转的核外电子构成。在光谱分析中得出:核外电子是按能级在核外均匀分布,按2/8/18…的电子个数规律排布、简洁天成。元素周期、原子核外电子的规律排布、运转,在科学界得到了确立。

原子核内是什么结构?核外电子2/8/18是否有内在原因?是自然最高机密。可是本生灯的高温打不开原子核,光谱之路不通。因为原子核内部很小、很小,难以得知核内信息,直至今天,学界只能猜想核内的质子、中子是像红豆、黄豆一样混合成团、挤在一起。(图一,现在电视节目《解码科技史》正在用这样的图形)

         image.png                                               

图一  现在物理学中的原子核 (图片来自百度,) 

原子核混合成团的结构,不能解读核内的裂变、衰变,不能解读核裂变时的发射的三种射线,不能解释原子核稳固元素所呈现的幻数,更不能解读核外电子为什么是按能级呈2/8/8或2/8/18的规则排列的原因。70年核科学难有进展,所以王令隽教授说核内是未开垦的处女地,建议中国学人探讨核内问题。[1] 

现代科技难以观察到原子核。要探讨原子核,就必须全力关注核内的信息,来自核内最显著的信息是核放射现象-从放射性元素的核内辐射出的三种射线,这是大自然提供的核内奥秘。

α射线-氦原子核的粒子流。由4个质子2个电子组成,也叫氦核。2个电子以极高速率环绕4个质子旋转,稳固、结合能极大。α射线说明原子核内的质子、电子是以一定的微结构动态地存在着,非常稳固、就是核爆炸时氦核也不分离。现代物理认为氦核是两个质子、两个中子稀松结合的观点、显然是不符合α射线-氦核稳固存在的事实。

β射线-高速的电子流。说明原子核内存在运转着的电子、存在着微结构,核内某些电子运转的结构解体,电子被高速放射出来。 

γ射线-频率极高的电磁波。由核内电子高频振动发出,说明核内存在着运转速率极高的电子, 运转的结构解体,辐射高频γ射线。

三种射线,带出来核内信息,表明核内有稳固的氦核;还有以极高速率电子运转的微结构,在运转解体中发出β射线、γ射线。 


2.原子核内的微结构(依据核内射线+逻辑推理来建立模型)

科研几百年,自然界没有发现单个的质子,核内也未能呈现游离态的质子,只发现过中子、氦核,这种种迹象表明质子必须与电子结合成一种微结构存在。虽然周期表元素有准确的质子数,但是那只是一种数学存在。物理研究讲求结构、运动,在结构中呈现数字。

核内α射线告诉我们,这是2个电子环绕4个质子的氦核。氦核结构紧凑、稳固,是核内粒子的首选。并不是两个质子、两个中子的松散的结合。所有元素只要是核内质子数大于4个、首先是结合成2个电子环绕的、稳固的四面体氦核结构(如图二,小球表示质子)。

image.png

图二   简单四面体的氦核结构

氦核紧密结合,说明质子紧密抱团,对电子有强力的吸引。

氦核的2个电子以极高速率旋转,电子的运转伴生着磁性,在磁滞的作用下,电子的运转会避开刚才的线路,形成球面环绕旋转,所以氦核是动态、非常稳固的核内微结构,是核内质子电子结合的首选。

核内,除了氦核,如果还有数量不足4个的质子,也会结合电子、构成其他形式的微结构,有:中子,1个质子外环绕着1个高速运转的电子,在核内通常是1个电子环绕两个质子的形式,中子的一个外电子偏心运转不稳定;还有双中子,其结构形式是2个电子环绕2个质子(图三中),建议这样的核内结构叫核元。核元的对称性好,寿命会长一些,但是容易受到中子侵扰。

    image.png    

           图三  核内的微结构 中子 核元 氦核

质子的特性决定了自然质子总是以微结构存在着,所以,核内粒子绝不会出现像红豆、黄豆一样的混杂堆挤。氦核也不可能是2个中子、2个质子的结合。

中子、核元、氦核分别有1、2、4个质子,能够组合构成任何原子量的原子。核内质子与电子首先结合成微结构,然后微结构自组织构成原子核。氦核最稳定、能够进行多氦核的组合,所以不会出现更大原子量的微结构。

实验检测到:核内有磁场存在,揭示核内有电子运转-存在微结构。

在核内微结构中,只有氦核是最稳定的微结构,也不受外界的侵扰。在放射现象中的α射线-稳定的氦核在核结构中的组成和运动,将是核物理研讨的重要课题,这个研究来源于另外的线索-幻数。

 

3.原子核内氦核结构模型的研讨

面对核内结构,德国核物理学家麦耶和简森等人建立核壳层模型、用轨道和质子自旋作用来解释这种现象,他们由此而获得1963年诺贝尔奖。

他们强调,核内的壳层结构并不是粒子空间分布,而是表示核子的能量分布、以空间概率来表示。这样的表述,使得核内壳层按结构分、又没分开,不伦不类。所以现在的核物理并没有采纳麦耶和简森的壳层结构,还是认可图一那样的红豆、黄豆混合成团的结构。幻数实验的结果否定了混合一团的核结构。

 

3.1 幻数实验结果解释

为探索原子核内秘密,80年前,研究者对所有元素的原子核分别射入中子,看其核内有些什么反映。在这一系列的轰击中,有的得到了原子核内的明显反馈(辐射出射线),有些元素却很顽固,对大力的轰击无动于衷。实验总结中发现,原子序数为2、8、14、20、28、50、82…数值时,原子核特别稳定。从表面上看,这些数值除了是偶数,也确实没有什么特别的规律,被称为“幻数”。

年代久远,人们差不多把幻数淡忘了,最近朋友重提幻数,我们翻阅资料,就是一排数字。查找幻数元素所对应的原子量,加入其中、列表,再看下面数据,就有些眉目了。

前面是原子序数,(括号内是原子量,*是近年发现的幻数)

2(4)、6*(12)、8(16)、10*(20)、14(28)、16*(32)、20(40)、

28(58.69)、50(118.7)、82(207.2)。

大家看上面的一排括号内的数字,几乎就是4的乘法表!原子量全部是n4。这是大自然在告诉我们:稳定元素核内所有的质子全都是直接构成了氦核,没有核元或中子,全部由氦核构建的结构、铸就了原子核的稳定,外来的中子的轰击根本不能撼动,所以特别稳固。这是幻数实验表格的启示。

(下面三个幻数的原子量不是n4,稳定原因需进一步探讨)

再看列表,括号内原子量(质子数)正好是元素序数的两倍,表明核内1个氦核应该对应2个核外电子。如果有核内外对应:原子的核外电子有能级分层、规律排布;核内那么多氦核是不是也会有分级、形成与核外关联规律的排布?

 

3.2核内核外的关联

氦核是2个电子环绕4质子紧密结合的简单四面体,是表面兼有电子的斥力、质子的引力的自组织体。所以氦核自组织的最简结构是:一个中心氦核的4个面、每个面各对应分布1个氦核,中心氦核外分布4个氦核的包围层。然后的氦核在空间向外扩展分布,形成核内氦核的1/4/9的规律结构(图四),构建了原子核结构模型

      image.png

          图四  核内氦核结构(中,氖原子核示意图)

氦核4个质子2个电子、电量不平衡,每个氦核还能够吸引2个核外电子,于是在核内就决定了核外电子的排布数量是核内氦核数量的两倍,核内的氦核与核外电子遥相呼应。核内氦核的1/4/4的结构关联并且与原子核外电子2/8/8的能级结构互证,为原子核内结构与核外的能级结构关联建立了严谨的逻辑依据,证实了原子核不是像红豆、黄豆一样混合成团、也不是液态易于分开,而是由微结构分层组合的、动态的壳层结构。

这是建立元素周期表以来,首次把核内结构与核外电子排布结合的互动关联探讨,大自然把核内、核外的安排是这么周到、对仗工整,感叹自然逻辑的严谨、简捷天成。


                   (以上是上半部分,未完待续)

        2022/6/9

参考文献:

[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 《化学自组织怎样形成?》

https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1138278.html




https://blog.sciencenet.cn/blog-73066-1348226.html

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