1、奥源书第三部原子核具体结构、核力性质、聚变、裂变等物理知识Secret Source BookSecond part Nuclear structure, nuclear specific properties, fusion, fission目录：（由于图片文章太多，要看全部图文完整文章的请点相关超连接）01 核力性质和核力大小的 计算02 原子核大树形接触型结构探索03 核的裂变及裂变位置04 核聚变的具体过程及原理05 氘与氘聚变生成氦 3（ 3He）是完全可控的06 核内质子排列规律决定核外电子排列规律07 由保里不相容原理推得原子核的具体结构08 地球任何先进的飞船无法飞离太阳系-谈
2、谈宇宙中的喑物质01 核力性质和核力大小的计算The nature of the nuclear force and the size of the nuclear force calculation611934 四川省彭州市竹瓦中学 李守安QQ342922500 13693445626 关键词：安培力 双中子结构 单中子结构 大树形 接触式结构摘要:核科学的发展已经达到了夸克层次，但核力、核的具体结构还是一个物理学中的理论断层，还没有人士能清楚破解。核外电子都具有特别强的规律可寻，为什么核内质子没有呢？现有实验已经证实质子上正电荷是集中在一点上，核内质子处于高速自旋。假设自旋线速度处于一个极
3、限速度，很容易算出安培力的大小，再与库仑力相互作用，得到一个在 13 个质子直径范围内表现出吸引，在此范围之外表现出斥力；从而得到核力的大小和性质。由此推导出核内质子的排列是间隔 12 个中子组成，称双中子结构和单中子结构；在第二层外分别分支节分叉后成为 3、5、7 支分支，上下合在一起共分出不同层次，每个层次正好存在 6、10、14 个质子，这与核外电子排列规律完全吻合。也说明核外电子排列完全由核内质子排列规律决定。从核的大树形接触式结构看出：裂变正好发生在最弱的双中子结构处，使裂变产物主要分成大小不同的两个核；而钴 60 的 衰变变成了 Ni 核正是核变为稳定结构的过程，且正好在核磁南极；
4、 212Po 的 a 衰变证明树形核结构的特殊性；核的大小的测定与此结构的主轴长度静态相等。文章分为第一部分 核力性质和大小的计算、第二部分 原子核具体组成结构、第三部分 核裂变具体位置 第四部分 核聚变的具体过程和原因 。科学向前发展实验论证越来越少，能根据现有理论推导新的理论，新理论能解释所有现象，它就是真理。（我愿意用我的理论与所有人士当面解释所有现象）正文：通过假设质子高速自旋、中子质子为强磁化物，推导出短程强大的有心力-安培力，和非有心力库仑力组成核力。并估算出两种力的大小组合，得出核力在 R-5R 范围内表现为吸引力，在小于 R 和大于 5R 之外表现为斥力。小于 R 时斥力特别大
5、，估算得出的核力图与物理界得出的“两体核势垒示意图”完全吻合。说明质子之间间隔一个中子或两个中子还能表现为引力，即“单中子”和“双中子结构”就是大核的组成结构。物理上多年的断层理论在此看来是最简单的一些推导，实在是让大教授们大吃一惊。一、质子中子的运动及性质的超常假设原子核内质子高速自旋早就被物理界证实，自旋圆周线速度是多少呢？这里的第一个超常假设：设质子中子为球形，设原子核内质子最外一点自旋圆周线速度为光速约 3108m/s。质子以光速自旋是不可能有实验能证明的，而由此可知靠近转轴的质子表面圆周旋转速度一定大于光速，爱因斯坦的超光速质量变大理论是否能解释？小小的原子核却占有 99%以上的质量
6、。若假说宇宙由一奇点爆炸而来，那么现今的宏观宇宙来源可能原因就是质子的光速自旋。质子中子电荷分布在一个小区域内，可以认为是在一个小小的点上分布着一份电荷。霍夫施塔特早年用快电子打击质子中子实验时发现：质子的电荷分布在一个小范围内，而中子在这小范围的正电荷外围分布着小圈负电荷。这些“小范围”与整个质子中子体积比较相当于一个小小的点。组成质子中子的物质并没有平分电荷，而电荷就是在一点上。于是，第二个超常假设：设质子电荷集中在一点上，这一点正好在质子光速自旋的外围圆周上。换句话说：质子电荷点随质子自旋以光速作圆周运动。如图 1-1：以上的两个超常假设完全可以用电子的运动状态反推出来。 电子与质子相比
7、：电荷量一样但质量小得多，因此，电子的运动状 态一定是受质子控制和影响，质子运动状态决定了电子的一切。在 没有任何外界因数影响时，电子的自旋状态与质子上电荷点的自旋 状态应完全一至。也就是说电子与质子自旋半径都是质子的半径， 自旋线速度都是光速。物理研究中发现的所有电子运动性质完全可 反推出质子的运动性质，电子云图也正好是原子核结构的镜像图， 适用于电子排列的所有规律也一定适用于核内质子的排列规律。有了以上两个假设，物理断层理论：核力与核结构似乎有 了一些眉目，但若没有下面第三个假设还是不能顺利解决。第三个超常假设就是：组成质子和中子的内部物质是微观易磁化物质，具有超导磁性，在无电场时又能很快
8、退磁。一种元素有时有许多同位素，也就是说同样多的质子数的原子核具有不同的中子数，其中子数目并不是无限制的多，而中子被核力吸引靠的是什么力呢？那主要就是靠中子在接触质子时被磁化而吸引；中子磁化后对它接触的另外第二个中子再磁化，但再磁化的吸引力要变小些，大多数出现在大核的主轴上；第二个中子还可以对在外第三个中子再磁化，且吸引力量更小，在旋转较慢的大核主轴上才能出现。原子核内质子中子就是靠磁化有限制的吸引在一起的。以上三条假设，与其说是“假设” ，不如说它们原本就存在，只是被本文说得更清楚一些更准确一些了。质子除自旋外，还有两种运动状态：质子随原子核绕主轴作支节圆周旋转；质子随原子核作整体圆周旋转。
9、前一种支节圆周旋转时能加强外层质子中子的核力大小；后一种整体圆周旋转时，使每个质子中子都要具有一定的向心力，从而能减缓强大核力对每个质子中子强大吸引力的冲击，确保整个核的平衡和稳定。二、核力的组合和性质万有引力在原子核内存在但很弱小，可不计算它。核力主要由两种性质的力组成：一种是有心短程强吸引力；一种是只与距离有关的非有心力，并表现为斥力。它们分别是电流环产生的安培力和正电荷相互排斥产生的库仑力。安培引力是怎样产生的呢？原来质子光速自旋，质子上分布的一点正电荷也光速自旋，且自旋半径就是质子半径，正电荷自旋时产生一个环形电流强度，根据电磁感应环形的电流感生出一个感应磁场，这个磁场再将组成质子中子
10、的物质磁化，磁化后使产生的感应磁场加强了 4-5 倍，存在磁性最强的两极 N、S 极，中子就被吸引在这两极上，在两极吸引的中子之外再吸引其它中子或质子，使这种力成为有心力。除这两极外其它地方不具有吸引中子质子的力量。例如：氢核可吸引 1-2 个中子组成氕氘核。相邻两质子间隔 1-2 个中子同方向光速自旋，产生一个同方向的电流环，由安培定律可知道：同向电流环相互吸引，电流环磁化后的质子中子也是顺磁吸引，这个力通过安培定律可以计算出来 ，称这个力叫核内有心安培吸引力，简称安培力。安培力的性质主要是：安培力是短程强吸引力；安培力主要作用在每个质子的两极上，也就是主旋转轴上最强，偏离主轴将会减弱的有心
11、力；磁化后的质子吸引中子表现出与电荷无关性的核力性质。偏离轴心核力减弱后，但还可在第二层外一定偏离角度内吸引不少的支节，从而组成强大的核结构。复杂的结构与高速的自旋使“核结构和核力”成为多年物理断层。如图 1-2 氦核质子中子电子图。核内有两个质子和两个中子,两个质子以相同方向同轴旋转产生一个安培吸引力，两个质子带相同的一份正电荷而相互排斥，正好一个中子间隔在中子间起调节缓冲作用减弱质子相互的斥力；这样核内的两种力量表现为相互吸引，使核能稳定并组成宏观物质。再看核外两个电子，它们质量太小自然受质子上正电荷作用控制，随质子同向自旋。电子与质子带电荷性质不同，应该因此而相互吸引产生电中和现象，但是
12、在电子质子自旋中产生的安培力是相互排斥的，所以自旋的电子质子很不容易产生正负电中和现象，从而形成了大的原子。从图中观察发现：两个电子是同向自旋的，但从外围向中心观察，图左边电子是逆时针方向自旋，右边电子是顺时针自旋。原子本身是高速圆周旋转的，而在实际中科学家们通过仪器的观察都是一个位置向内观察的：当看到一个电子逆时针转动的同时另一个电子已经随原子圆周旋转到了同一位置且正好是顺时针方向。因此得到：在同一轨道上的两个电子自旋方向是相反的。也就是包利不相容原理 相同能级轨道上不可能存在两个自旋方向完全相同的电子。如图原子结构不可能是静止不动的，原子高速旋转给观察者的视觉只能是逆顺两种电子态。包利不相
13、容原理证明电子存在逆顺两种自旋电子，从而证明了两个同一能级的质子在同一轴上自旋相同。那么电子能级原理洪特规则、电子壳层排列原理等都实用于质子能级和质子壳层排列；只是核内太小的地方进行的强力作用不可能使质子处于悬空状态，只能以间隔中子的形式相互接触的形式存在，并以不同速的核圆周旋转达到减缓作用。 （从而也带动了核外电子的高速圆周旋转核内除了质子之间的安培吸引力外，另一种就是库仑斥力。它是由质子之间正电荷相互排斥产生的，它只与距离有关、与轴无关的无方向性的力；当距离减小时它迅速变大，使相邻两质子不能太靠近。中子与库仑力无关，中子只被磁化而被质子吸引，它只是核内强力作用下质子之间的保护神。原子核内当
14、相邻两质子距离太近时，库仑力大于安培力表现出排斥，从而不能组成核；原子核内当相邻两质子距离大于一个距离 R 且小于一定距离 nR 时，安培力大于库仑力表现出吸引力，这就是组成原子核的原因；原子核内当相邻两质子距离大于距离 nR 时，库仑力再次大于安培力，这出不能组成核结构。而在 RnR 之间只能由中子间隔。与电子层结构一样，质子也分层，核内质子除 S 层质子在主轴上外，其它的 P、D 、F 等质子应在不同层次的支节上，支节随主轴旋转也要产生校小的安培力，这个力的计算已经没多大必要了。整个原子核的圆周旋转时需要一定的向心力，这个力减缓了多余的安培吸引力，从而使核结构能稳定存在并组成物质。 （电子
15、层用小字母 spdf 表示，质子层用大字母 SPDF 表示）以上两种力都可以通过一些常用公式加以计算，计算出的力的大小与距离的关系图会让全世界的物理学家吃惊，这个图与已经存在的核力势垒图几乎完全一至。让我们不得不认可核力的奥秘和调皮。三、核力的具体计算及大小通过以上的假设，首先计算出环形电流强度的大小，再计算环形电子流产生的感应磁场强度大小及有质子中子参与磁化后磁场强度的增加倍数，从而计算出在一定距离处安培力的估计大小。通过同一距离处与库仑力大小的比较得出核力的区域。1、 质子环形电流的大小 I质子中子的半径为 R=0.810-15 米。 （这个数是许多科学家通过测量和计算得到的。 ）质子电子
16、电荷量都是 q= e = 1.610-19 库仑质子上正电荷自旋线速度 C=3108 米/ 秒所以： 质子上正电荷自旋圆周长度 L=2R 正电荷自旋一周的时间 T=2R/C 质子上环形电流强度 I=q/T=eC/(2R) （1）这个电流计算出来是是非常强大的，且每个质子的环形电流一样，电子自旋电流也一样。2、质子主轴上磁感应强度 B只有正电荷电流环时产生的磁感应强度较小，有质子参与磁化后这个磁感应强度会加强 3 倍多，再有中子参与磁化时磁感应强度会在同一点加强 4-5 倍。设环形电流在主轴距离质子中心 r 处磁感应强度为 B0 （ （令 r=nR）由“毕奥萨伐尔定律” ，得到磁感应强度 B0其
17、中 u=410 -7 牛顿/安培 2 （常数）R 为环形电流半径（即质子半径） ，r 是主轴上距离环形电流中心的一点 r=nR，I 就是（1）式中的环形电流强度。主轴上距离不同对应的只有 n 不同。在质子主轴表面（r=R，n=1）的磁感应强度是质子被电流环磁化使质子表面的磁感应强度加强了 3 倍多， 由下面公式可计算出磁化后增强的磁感应强度 B。 （设质子中子是最易磁化的物体）B=u M (L/D)1+(L/D)2 -(1/2)其中 u=410 -7 牛顿/安培 2 （常数） ；L 和 D 是磁化物体的长和直径，对球形体质子来说 L/D=1；M 是物体磁化强度，质子的磁化强度 M=m/(V)=
18、IS/(V)I/（1.5R）其中S 为磁化物面积，V 为磁化物体积，对球形质子约为 1:1.5R代入 B得：B=u *I/（1.5R）*1*1+(1) 2 -(1/2)=0.943 uI/(2R)所以：质子主轴上表面一点的总磁感应强度 B 为如图可看出，质子参与磁化使电流环产生的磁感应强度加强了许多倍，从而使核子间的吸引力大大加强。再有中子参与磁化时，以上产生的磁感应强度一定还会加强一些。中子质子物质相同，磁化强度 M 应该一样，有中子时只是 L/D 的比值加培了，因此 B有所加大。通过估算得出：有一个质子和一个中子时 B=4.373 B0有一个质子和二个中子时 B=4.577 B0有一个质子
19、和三个中子时 B=4.658 B0通过质子主轴表面的磁感应强度的不同估算，同样可以得出主轴上其它任意处的磁感应强度，其倍数关系也同上面计算一至。因此：质子被磁化后,质子和电流环就是一个整体,质子内磁磁应强度也该一样。就象一个磁体一样，磁体内磁场一样强，磁体外随距离不断减小。因此：主轴上距离具有电流环的质子主轴表面任意处(r=nR)的磁感应强度 BB=X*B0 （2）其中 X 是有质子和不同数目的中子参与磁化时的不同倍数，X=3.667,4.373,4.577,4.658注意：计算核力时，距离 r 从质子表面取值。2、 核力大小的计算：甲质子磁感应场对在距离自旋质子表面主轴 r=nR 处的乙质子
20、自旋环形电流产生的力是安培力，由安培定律得：F 安 =d(L B I)=2R B IL 是乙质子的电流环圆周长，I 是乙质子的电流，B 是甲质子的磁感应强度。将 I、B 代入，并将 e、C、R、u 已知量代入得到：其中：n=r/R 计算出 n，而 X=3.667,4.373,4.577,4.658 取不同的值。两个质子相似于两个磁体的作用，因此 r 都从磁体的表面取值，磁体磁场大小一样。两个相距 r 距离的质子的正电荷相互排斥产生的静电力为库仑力大小计算为：F 库 =Ke2/r2=Ke2/(nR)2=9.0109(1.610-19)2/(n0.810-15)2即 F 库 =360/n2 牛顿其
21、中 K=9.0109（牛顿米 2/库仑 2）两个质子接触时，库仑力就是最大值了，因此 r 的取值只能是从质子表面取值。即两质子表面相距 r=R 时，n=1，两个质子表面相距为 R 远,且在主轴上。F 安 是吸引性质的有心力，F 库 是排斥性质的力，如果核不作圆周旋转（质子一样要自旋） ，则 F 安 =F 库 从而得出 n 的大小，求出质子外 r 的距离。由：X 取 3.667(一个质子磁化)得：n0.72 和 n3.2也就是说：r3.2R 时，库仑力大于安培力，表现出斥力。0.72Rr3.2R 时，安培力大于库仑力，核内表现出引力；这就是组成核的一个很小的区域，物理上叫它为核力区。当有中子参与
22、磁化，X 取 4.577 时，这个核力区域为：0.62R r 4.2R由于在原子核内，质子 P、D、F 等支节要绕轴旋转，整个旋转也将产生一个半径更大的电流环，只是速度要小得多，也要产生一定量的安培力，使核内吸引力加强；又由于支节质子增多同时库仑力也有所增大。所以核力区域只能估计约在：R r 6R 之内。核力区域大小分布图可以由以下实际计算并画出。当 n=0（两质子接触）F 安 =+1320 牛顿 F 库 =-为无穷大数 排斥当 n=1（两质子悬空）F 安 =+466.8 牛顿 F 库 =-360 牛顿 吸引当 n=2（两质子间隔 1 个中子）F 安 =+140.8 牛顿 F 库 =-90 牛
23、顿 吸引当 n=3(中子不能为 1.5 个) F 安 =+49.8 牛顿 F 库 =-40 牛顿 吸引当 n=4(两质子间隔 2 个中子) F 安 =+23.6 牛顿 F 库 =-22.5 牛顿 吸引当 n=5(中子不能为 2.5 个) F 安 =+12.5 牛顿 F 库 =-14.5 牛顿 排斥当 n=6(两质子间隔 3 个中子) F 安 =+7.5 牛顿 F 库 =-10 牛顿 排斥支节参与的实际核内核力要大些分布如图 1-4:上图与物理中的两体核子势垒图 1-5 完全吻合。原因如在？核力真的是安培力和库仑力的合力么？如果不是那么这两个图为什么相同？原子核的结构形式是什么形式?从以上计算可
24、以得出来。高速旋转的质子悬空达到平衡的结构形式是不可能存在的。两个质子之间间隔一个中子时核力大小表现为吸引力约 50.8 牛顿，这种结构形式是核结构的的主要组成形式，叫单中子结构。两个质子之间间隔两个中子时核力大小为 1.1 牛顿（有支节时这个力应该达到 20 多牛顿） ，这是核结构的次要组成形式；次要结构形式主要在三个 P 支节组成的三角结构之内的主轴上，叫双中子结构。两个质子之间间隔三个中子的时候，在大核支节作用下其核力约为 0 牛顿，刚想处于平衡态，但核的圆周运动离心力的原因，会在三中子结构处分裂开；它不是核的结构形式，在原子核裂变反应时，中子打击大核首先组成三中子结构，短时间平衡后，迅
25、速分裂成两个其它核；这就是裂变的机制。如下图 1-6在原子核结构中，各支节和 1S层质子是由单中子结构形式组成的，各支节要偏离主轴一点，其 P 质子与 S 质子的吸引力并没有计算的核力大，偏离轴心磁感强度要迅速减弱。2S 层以下的 3S、4S、5S、6S 等之间都是双中子结构。高速旋转时也可看到核结构的分层，组成的壳层有 1S、2S 2P、3S 3P 3D、4S 4P 4D 4F、5S 5P 5D、6S 6P 等，与电子排列规律完全一至。看下一章详细分析原子核结构组成。质子中子都是被磁化后产生的相互吸引，使核力表现出与“电荷无关性质” 。相邻两个质子才有强力的吸引作用，使核力表现出“饱和性”的
26、特点。每个质子都是通过中子与其它质子产生吸引的，使核力表现出“交换性”的特点。安培力与主轴有关，偏离轴心太大安培力迅速减弱，而库仑力只与距离有关的无心力，使核力表现出“有心力和无心力的综合性 ”的特点。两个原子核要想聚合在一起必须满足两个条件：第一，两个原子核必须同向自旋，取顺磁方向；第二，两个原子核必须具有一定能量达到核力区域，不能超过，刚刚达到核力区。这就是聚变的机制，详细看下章核的聚变。总之，核力就是由安培力和库仑力组成。核力的计算并不重要，高速的原子核本身使计算不可能精确。重要的是由计算得到的两种核结构形式，单中子和双中子结构就是核的组成结构形式，并由此可以画出现今世界上已知道的所有原
27、子核结构和同位素核结构。其中聚变、裂变、 衰变等变化机制和位置让人们一目了然。这些才是研究核力计算得到的的重要成果。参考文献：1、赵国求现代物理知识1993 年 2 期，P322、胡镜寰、王忠烈、刘玉华原子物理1989 年 2 月北京师范大学，P2663、赵凯华、陈熙谨电磁学1985 年 6 月高等教育，P347、P356、P387、P552、P555、P5564、徐游电磁学1987 年 7 月江苏科学，P215、P218、P2825、殷传宗原子物理学1987 年 7 月广西师范，P256、 （苏）亚沃尔基现代物理手册1992 年科学出版，P5787、褚圣麟原子物理 ，陈鹏万电磁学等完成研究于
28、 1994 年,打字于 2006 年 8 月02 原子核大树形接触型结构探索（Nuclear big tree contact-type structure to explore)地址： 四川彭州市竹瓦中学校 邮编： 611934作者： 李守安 (Li Shou An) E-mail:关键词：安培力 双中子结构 单中子结构 大树形 接触式结构摘要:核科学的发展已经达到了夸克层次，但核力、核的具体结构还是一个物理学中的理论断层，还没有人士能清楚破解。核外电子都具有特别强的规律可寻，为什么核内质子没有呢？现有实验已经证实质子上正电荷是集中在一点上，核内质子处于高速自旋。假设自旋线速度处于一个极限速
29、度，很容易算出安培力的大小，再与库仑力相互作用，得到一个在 13 个质子直径范围内表现出吸引，在此范围之外表现出斥力；从而得到核力的大小和性质。由此推导出核内质子的排列是间隔 12 个中子组成，称双中子结构和单中子结构；在第二层外分别分支节分叉后成为 3、5、7 支分支，上下合在一起共分出不同层次，每个层次正好存在 6、10、14 个质子，这与核外电子排列规律完全吻合。也说明核外电子排列完全由核内质子排列规律决定。从核的大树形接触式结构看出：裂变正好发生在最弱的双中子结构处，使裂变产物主要分成大小不同的两个核；而钴 60 的 衰变变成了 Ni 核正是核变为稳定结构的过程，且正好在核磁南极； 2
30、12Po 的 a 衰变证明树形核结构的特殊性；核的大小的测定与此结构的主轴长度静态相等。文章分为第一部分 核力性质和大小的计算、第二部分 原子核具体组成结构、第三部分 核裂变具体位置 第四部分 核聚变的具体过程和原因 。科学向前发展实验论证越来越少，能根据现有理论推导新的理论，新理论能解释所有现象，它就是真理。（我愿意用我的理论与所有人士当面解释所有现象）正文：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
31、律（元素周期表等），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 s1p2杂化.所有这些核外电子的性质由电子本身决定还是由原子核结构决定呢?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（ 60 C O ）的 衰变后变成了 Ni 核，从而核变为稳定结构.。 212Po 核经 衰变后成为了碳族中稳定的 208Pb 核 。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 2-1.从图 中可看出质子之间间距在 约 R-6R 之间表现出引力(R 为质 子半径),在这区间之外表 现出斥
32、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 1.7R-4R 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？本文推导出一种多支节、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，
33、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； 212Po 的 a 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
34、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 22 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、液模、壳层结构所述“悬空达到平衡稳定”；只能以上述两种
35、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 R-6R 之间表现出引力(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 1.7R-4R 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
36、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 22 碳核下部的结构分支。在三角分区之后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
37、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 22 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（
38、现实中是不可能的）观察就象一棵理想的大树。所以，把本文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、（到今为止的最多质子数）。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 6 层只有S、P 两个亚层，第 7 层只有 S 亚层（到目前为止的的核层次）。各亚层质子支数为 S 为 2 支，P为 6 支，
39、D 为 10 支，F 为 14 支。（其中核结构上部树支节有约一半数亚层支节，下部根支节有约一半数亚层支节）。质子分层后，能极大小从低到高的顺序是：1S（1 层 S 亚层）、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，4P 上将排列 5 支4D，4D 上将排列 7 支 4F（下部第 4S 层上也同样排列）。也就是说 S 上可排 3 支 P，其余各亚
40、层只能排 12 个支节（其中主轴偏向的亚层支节只排 1 支）。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（图中核下部），达到三角四体稳定结构后，才在核磁场的南极增加（图中核上部） 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
41、构稳定的核相应中子数就多些。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（或指同位素核的结构），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（排列规律之外，亚层分支之间处）；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
42、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。（电子排列用小写字母：s、p、d、f）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：1S 2 、2S 2 、2P 2（2P 2 表示：第 2 层的 P 亚层有 2 个质子）。如图 23 图(1)，这是一个不稳定的结构，因为图中 2S 上的 1 个质子因核力要偏离轴心转动
43、，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 23 中间图(2)，2S 12P2 杂化组成三角形，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
44、图 23 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 SP 杂化结构。（所有图中黑色为质子，白色为中子）2、钴 60 核（ 60 C O ）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（ 60 C O ）的 衰变后变成了 Ni 核，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
45、稳定结构。钴 60 核（ 60 C O ）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（ 60 C O ）结构如图 24 中图（1），按能极排列为：1S 2 、2S 2 、2P 6 、3S 2 、3P 6 、4S 2 、3D 7 。最后排列的 3D7 中 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 24 中图（1）下部北极,平面图如图 24 中图（2）：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
46、核（ 60 C O ）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（F 亚层最多能排 14 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。（从这里也看出质子排列规律与核外电子半满排列规律相同 ，从而映证质子排列的可行性）。钴 60 核（ 60 C O ）的上部结构如图 24 图（3），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
47、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（ 60 C O ）核在 X 处发生 衰变，并从此处放出 1 个负电子 ； 钴 60 核（ 60 C O ）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（ 60 C O ）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：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（ 60 C O ）放在强磁场中，温度降到 1K 以下，
48、最后达到 0.004K，这样有 60的钴 60 核（ 60 C O ）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（ 60 C O ） 衰变发生在核磁的南极，或说是逆磁方向，也就是图 24 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。（ 我做
49、了一个钴 60 核（ 60 C O ） 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、 212Po 核 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 212Po 核的衰变 成 208 Pb 核后，其 208 Pb 核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。衰变方程： 212Po 208Pb 4He （ 粒子） 212 Po 核是氧族的钋，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 25。经 衰变后成为碳族的 208Pb 的铅核,此核没有 6P6S 组成的独立支节，并且下部又是 S 1P 2 杂化后的三角结构（碳族都有此结构），杂化后
