用 实验+逻辑 探讨核内结构(三）

                                   晏成和

三、核稳定性，核衰变、裂变的内在原因及核能量来源

     *核不稳定原因：

英明的幻数实验把核稳定的原子找到了，一直以来，利用幻数实验来探讨原子核稳定性。事实上的核物理现象：核裂变、核衰变都是核的不稳定造成的，如果逆向研讨核的不稳定性，就能解读造成核变发生的内在物理原因，做出更有意义的研究。

从周期表可以看出：稳定性好的元素一般是原子量不大、全氦核的紧凑元素，如：周期表的前三周期，大部分原子量都只是原子序数的2倍，说明核内基本没有小微结构，因而稳固。找到了核稳固的原理，就可以反思核内不稳的原因：核不稳定一般是重核元素中的氦核层数多、中心氦核的引力不够，近外层间隙中夹杂着大量双中子等小微结构造成的。

周期表中有一半的原子序数是奇数，依据内外关联关系、这些奇数元素的核内必然存在着“单个”的正电荷。所以奇数元素核外层必定有带正电荷的微结构-质中子。质中子自身就是1个电子围绕两个质子，容易受到外来中子的侵扰，引发核内混乱，所以奇数元素一般不稳定，原子弹的裂变就是中子进入铀235 核表面的质中子，混乱、变动就开始了。

注意到碱金属及从原子序数17开始，原子量都略大于其序数的2倍，说明随着原子序数的增加，较大的壳层球面上氦核间的距离较开、容易容纳较多的双中子，双中子能够改变元素原子量却不能改变原子序数，是产生同位素的内因。越是重核元素，其中不稳定的微结构越多，造成序数83以上的大质量元素的不稳定、生存期短，更容易发生衰变或裂变、小微结构容易丢失，这个知识为以下核裂变时质量丢失做了铺垫。

知道了原子核的结构及其不稳定的原因，接下来将从核内微结构的架构上回答百年核物理的困惑：核衰变发生原理，不同元素的核半衰期为什么有巨大的时间差异？核裂变发生原理；质能公式正确吗？核内巨大能量来自哪里。

 *核衰变：

核衰变发端于原子核内存在着偏心的微结构、高速运转的离心力积累到一定程度，微结构被甩出、或解体，形成从核内发射出的三种射线。（一般衰变只辐射β、γ两种射线）

依据微结构的偏心程度不同，离心力导致元素的核衰变的过程快慢有很大的不同，人们用“半衰期”来记录、比较核衰变的快慢，半衰期是指核素的总质量衰变掉一半所经历的时间。有的元素核衰变速度极快，例如钋的半衰期是 0.0018 秒；而铀238的半衰期却是 45亿年，差异如此之大，成为科学之谜。

现在，知道了核内的构成在核稳定性中的作用、核的不稳定原因，半衰期谜底一览无遗：如果核内没有小微结构、氦核位置对称性好、运转稳定，则成为幻数元素，基本不发生衰变；重核元素核内体积大、氦核之间的间隙较大、容易吸纳较多的双中子，如果对称性不好、容易形成运转的不稳定、发生微结构抛甩的核衰变；如果核内结构对称性很差、运转离心力很大，大量的α、β、γ三种射线都能辐射出来，原子快速解体，该元素很快衰变消失。

最著名的核衰变是碳的同位素——碳14。常规碳原子的原子量12，碳核内有3 个氦核，一个在中心，两个氦核对称环绕中心旋转，如图六左，原子核很稳定、是幻数元素。

图中碳与碳14的核内构成相差甚远。在右边图表中可看到：碳14核与氮核倒是十分相近，原子量相同，只是相差一个电子，事实上碳14就是来自于氮气。地球大气中氮气最多，宇宙高频电磁波与氮气核内质中子的电子发生共振，质中子不稳、吸引一个电子，变成了双中子；氮原子的核外也就少了1个电子，也改变了原子、分子状态，形成了序数6、原子量14的碳。碳14有了双中子（图七中，下部），整个核系统就不平衡、不稳定，开始了衰变的旅程。

                              图七，碳12与碳14的原子核 （图表，碳14与氮核的1个电子差异）

当中心氦核外的三个不平衡的微结构运转达到极限、碳14面临解体。大自然总是用睿智的办法解决危机：不是让双中子解体让碳14失去双中子形成碳；而是让碳14中失稳的双中子中辐射出1个电子-β射线，还原成了质中子-成了氮14-氮气。核内的双中子在运动中逐一衰变、还原，历经数千年，才完成氮-碳14-氮 的循环，实验测得碳14有准确的半衰期5730年。

在宇宙射线中，氮元素突变成了碳14，有碳一样的4价，容易与周边氧结合、形成二氧化碳，被植物吸收、动物食入，导致活的生物体内都有微量、定比例的碳14。生物体死亡，碳14就不再补充，而原来体内的碳14仍然在稳定地衰变、形成氮气、离开减少。所以依据动、植物遗体内残留的碳14的比例，就可以准确判断其死亡的年代，用此帮助人类考古断代。

碳14、氮14有差不多的核结构，为什么碳14不稳定、氮14却很稳定？这涉及原子结构的稳定与核内结构稳定性的关联。（另外论述）

支持单位：