14由保里不相容原理推得原子核的具体结构 (Paul Lane Exclusion Principle Push the specific structure of atomic nuclei)

17-10-29

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14由保里不相容原理推得原子核的具体结构 (Paul Lane Exclusion Principle Push the specific structure of atomic nuclei)

14由保里不相容原理推得原子核的具体结构(图文文章点此超连接)
(Paul Lane Exclusion Principle Push the specific structure of atomic nuclei)
地址: 四川彭州市竹瓦中学校 邮编:611934
作者: 李守安 E-mail:lian0011@126.com
(Pengzhou City of Sichuan Meng Yang Town zhu wa School
Postal Code :611934
Author: Li Shou-an E-maillian0011@126.com
关键词: 核力势垒 双中子结构 单中子结构 大树形 接触式结构
摘要: “在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”,这就是保里不相容原理。由同一轨道上两个电子自旋方向相反,当把观察条件确定后,就能得出以主轴为主的原子核结构粗态形状;再由核内质子间核力势垒图可确定核内质子的组成结构:双中子和单中子结构形态;再由核外电子分层分能级排列规律,确定相关连的核质子具有相同的规律,从而完整得出原子核具体结构。这种结构图可以排出现实中所有原子核及同位素核结构图。也使这断裂100年的理论得到破解,为物理理论发展填上一页空白。
(Key words: Nuclear force barrier Two-neutron structure Single-neutron structure Big tree Contact structure
Abstract: "At the same atom, they can not have exactly the same exercise status exist two electron", which is incompatible with the principle of Pauli. By the same track on both electron spin opposite direction, when the observation conditions are identified, will be able to come to the main axis of the nucleus structure of rough shapes; by proton nuclear potential barrier between the nuclear power plan can be identified with the proton nuclear component structure: Two-neutron and single-neutron structure and morphology;核外电子stratified by sub-level with the law, determine the associated nuclear proton have the same laws, which come complete concrete structure of atomic nuclei. This structure can be from the reality of all nuclei and isotope nuclear structure. Also so that the fracture theory of 100 years to break, for the development of physical theory to fill previous gaps.)
正文
核物理理论发展到现在,夸克、中微子等理论层出不穷,然而,在核结构核力理论处却形成了一个断层,使科学界对其结构只有猜想:壳层、集体模形等理论。而真正的核结构理论如沉深渊。最关键的问题是:原子核作高速圆周旋转,使所有科学人员用尽所有技术都无从观测静态真像,任何核结构理论变得毫无证据。本文从核外电子强力排列规律作起,反推出原子核具体结构,可排列出现实中所有原子核及同位素的结构,符合核力势垒、核半径测量数据;能解释裂变聚变机理、能解释各类衰变位置等。
一、原子核结构的主轴粗形
保里不相容原理所告诉我们:“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”, 根据这个规则,如果两个电子处于同一轨道,那么,这两个电子的自旋方向必定相反。这样,由电子与核内质子部是一一对应,从氦原子结构就可看出以主轴形为主的核结构粗形(高速旋转成球形);氦原子外有两个同一轨道的电子,自旋方向必定相反,产生条件非常重要非常关键:第一是观测位置绝对不变,也不会变;第二是整个原子体系总是高速圆周旋转;所以观测到的两个电子状态,一个电子如图1-1:第一个电子A是顺时针旋转,高速瞬间另一个电子转到位置如图1-2:第二个电子B转到观测处是逆时针旋转。这两个电子处于同一轨道,这两个电子的自旋方向完全相反。我只是把两个本就存在的重要条件说明一下,于是发现了一个重要理论:整个原子是在一个主要轴上同向高速自旋,又绕原子中心作高速立体圆周旋转(球形);很容易得到原子核本身就在一个主轴上组合而成核结构。如图1-1和图1-2
































近100年前的保里不相容原理应该得到有条件的更证:条件是在实际观测中,“在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”;当条件是原子固定不动时,同一轨道上的两个电子将在同一轴上同向自旋。
当原子核主要以主轴高速旋转,可以使质子数大的核成为仿垂形或哑铃形,当原子核主要以圆周旋转时,可以使原子核成球形,这点实验早就观察得出其形状(真正静态观察实验是永远不会有的)。从上图得出原子核在同一主轴组成,但图中氦核为什么是两质子间隔2个中子组成?这种双中子结构是组成原子核的基本结构吗?这个理论要从核力势垒说起。
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1-3.














从图中可看出质子之间间距在约0.7—3个质子直径之间表现出引力,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,保护着相邻两质子靠近或过远产生斥力而分离;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高速园周旋转的向心力。单中子结构双中子结构就是原子核的基本结构形式。
(原子核高速园周旋转主因就是核子间有多余的引力)
二、原子核内质子的具体排列结构是怎样的?还是得从核外电子排列说起
“能量最低原理 自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子也是如此。根据以上原则,电子在原子轨道中填充排布的顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…。”
“洪特原理 在能量相等的轨道上,自旋平行的电子数目最多时,原子的能量最低。所以在能量相等的轨道上,电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道”
“由保里不相容原理得知:s亚层只有1个轨道,可以容纳两个自旋相反的电子;p亚层有3个轨道,总共可以容纳6个电子;d亚层有5个轨道,总共可以容纳10个电子。第一电子层(K层)中只有1s亚层,最多容纳两个电子;第二电子层(L层)中包括2s和2p两个亚层,总共可以容纳8个电子;第三电子层(M层) 中包括3s、3p、3d三个亚层,总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。”
如果核内质子的排列也遵守类似的规律,我们用大写字母表示质子的亚层结构,则会出现能量最低原理:质子在原子核轨道中填充排布的顺序为1S 2S 2P 3S 3P 4S 3D 4P 5S 4D5P 6S 4F 5D 6P 7S 5F 6D…。”
洪特原理:在能量相等的轨道上,自旋平行的质子数目最多时,原子核的能量最低。所以在能量相等的轨道上,质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道,也就是半满、全满、全空状态。
保里不相容原理:S亚层只有1个轨道,可以容纳两个同轴自旋的质子;P亚层有3个轨道,总共可以容纳6个质子;D亚层有5个轨道,总共可以容纳10个质子;F亚层有7个轨道,总共可以容纳14个质子。第一质子层(K层)中只有1S亚层,最多容纳两个质子;第二质子层(L层)中包括2S和2P两个亚层,总共可以容纳8个质子;第三质子层(M层) 中包括3S、3P、3D三个亚层,总共可以容纳18个质子……第n层总共可以容纳2n2个质子。
按以上排列的质子又是如何组成核结构的呢?大自然给与我们太多的提示:你看看周边的大树,它们在主干上先分出三支小节,第二层分出的小节上又分出4-5节小节,第三层最外小节上分出6-7支小节,而顶层总是2-3支小节或一支小主干。
原子核结构与大树结构类似,我就叫它:大树形接触式原子核结构
如果所有S亚层质子都排列在主干轴上,1S亚层以单中子结构组成,其余S亚层以双中子结构组成;在2S亚层旁边分出三支2P亚层,且以单中子结构组成;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,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,首尾三角四面体形结构组成为最稳定结构。
为什么2S后主轴以双中子结构组成?双中子结构核力较弱(核力势垒可见),而2S上的三支2P支节会随主轴高速小圆环旋转,旋转产生的电流环与相邻质子自旋同向,由此产生的安培力引力较强,从而增大了相邻间的核力。若以单中子结构组成则因相邻质子太多库仑斥力太大而排斥。主轴尖为什么以三角四面体结构?也是同样道理。
电子分层,质子也分层,电子最外以s或p亚层结束,质子也是S或P亚层且组成三角四面体形。由此可见核外电子的所有排列规律全部由核内质子排列决定的。
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(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大树形接触式原子核结构。如下图1-4钴60核的结构图:

1956年李政道、杨振宇推断弱相互作用中“宇称不守恒”,建议用β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β衰变的钴60核(60 C O )放在强磁场中,温度降到1K以下,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β射线从反磁场方向发射出来,40%的β射线从顺磁场方向发射出来。” 实验证明:钴60核(60 C O )β衰变发生在核磁的南极,或说是逆磁方向,也就是图1-4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。
特别更证: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。

洪特原理:在能量相等的轨道上,自旋平行的质子数目最多时,原子核的能量最低。所以在能量相等的轨道上,质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道,也就是半满、全满、全空状态。5个3D质子全排在下部(N极)符合半满状态,上部2支3D质子出现不稳定状态(一眼看出结构根本不和谐),因此在止处经β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,从而核变为稳定结构。
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、结构稳定的核相应中子数就多些。
原子同位素核的结构,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?余下的中子将占据下一个质子能极的位置。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。
三、大树形接触式原子核结构的间接证据(因高速旋转,故永远无直接证据)
1、大家一起看看核结构的主轴长与原子核的直径有什么关系?
卢瑟福用α 粒子打击原子核发生散射的方法,求得核的大小,即所认为的核半径大小:计算方法是:由能量守恒定律与角动量守恒定律得到核半径公式,算出核的半径。(文献2)由以上实验测得下例一些原子核的半径:
钴60核(60 C O ) 半径大小为:1.58×10-14 米。
银核 半径为:2×10-14 米。
通过对树形核结构模型的主轴直接测量,可以得到核的主轴长。这个长度正好与卢瑟福实验的核半径大小相吻合(在实验误差内)。
科学家测得1个质子半径(也是1个中子半径)约为0.8×10-15 米。树形核结构主轴长正好是主轴上所有质子和中子直径的总和(不计支节)。对于钴60核(60 C O ) 主轴上有8个S层质子和12个中子,所以,计算出半径总和为:
R=(8+12)×0.8×10-15 米=1.6×10-14 米。(与测量值相差0.02×10-14 米)
对于银108 Ag 核 主轴上有10个S层质子和16个中子,所以主轴半径总和 为:
R=(10+16)×0.8×10-15 米=2.08×10-14 米。(与测量值相差0.08×10-14 米)
从以上实验和测量可看出,在实验误差范围内,卢瑟福实验测出的核直径正好等于大树形核结构的主轴长。 至于为什么有一点误差?那主要是对高速旋转的核进行实验有测不准的原因,核本身高速自旋、实验碰撞时大核也可能要发生偏移;还可能是受支节核力的影响,因而产生误差。仔细看看可以发现:是卢瑟福实验的测不准,还是大树形核结构不对呢!
2、铀235裂变产物为什么没均匀分布
重核裂变的机制:中子打进铀235后,形成一个新的处于激发态的核,由于其中核子的剧烈运动,核子间的距离增大,核力迅速减少,不足以克服质子间的库仑力,核就分裂成两部分或三、四部分。裂成三、四部分的机率很小,是裂成两部分机率的千分之三和万分之三,裂成两部分机率最大。看裂变分布图图1-5:
..原子核裂变产生巨大的能量,裂变过程是首先以不太快的中子打击U235铀核,短时的形成U236铀核,U236铀核存在短时间后,马上分裂出两个或更多的核,裂变产物分布不是大小一样的平均分配(也就是说:不是从U236铀核中心断裂),而是在核子数为96和139左右两个地方占主要部份,也就是核结构的双中子结构部位。为什么呢?
双中子结构是核力较弱之处,而打击进入的中子与双中子组成三中子结构,由核力势垒图可见,三中子结构只有微弱的引力不足以组成核结构(激发态的核),上部质子都处于激发态正向基态回归一样,调节速度太慢,所用时间太长;当三支2P质子脱离2S的接触位置向上飘移时,三中子结构已经断裂开,并在此位置放出1-2个中子,所用时间约为10-12秒 ,此时,三支2P质子将继续向上飘移并与上部核组成新的大核,下部核也调整组成新的大核。U236铀核由此断裂成两个大核如图1-6所示:


3、氢核聚变成氦核这两个实验可以做一做
  3H + 2H—→ 4He + 1n + 1.76×107eV
按能量最低原理,氘的中子是应该排列在核磁N极,氚核中子应该上下各排列一个。
实验一:氘、氚两个S极相碰撞或两个N极相碰撞都不能聚合在一起。当氘核的S极与氚核的N极相碰撞时产生氦核不会是氦4(4He)反而可能是氦3(3He)。带着强大能量的氘核碰撞到氚核后,部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给氚核S极最末的一个中子,这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图1-7所示。

首先从S极放出一个快中子,再从N极放出一个慢中子,最后可能成为一个中子的氦核。
实验二:当用氘核(子弹)的N极与氚核(靶子)的S极相碰撞时产生氦核是氦4(4He))。带着强大能量的氘核碰撞到氚核后,部份能量像钢体性弹性碰撞一样顺次传递给氚核N极最末的一个中子,这个中子得到能量并克服质子的吸引飞出核外。如图1-8所示。

只要验证中子是在N极飞出,这个实验就是正确的。
4、1-20原子核结构图部分



总之还有许多观点都能证明大树形核结构的论点:核的非对称性(宇称不守恒),碳核的三角四面体对映的碳的电子云图,核力有心力,核力相邻短程,氧族α衰变后成为了稳定,稳定的核族总有主轴形或三角四面体形。
就是佛教源泉在印度的《吠陀》,意译为《知识》,其中精华要指《奥义书》,其中有三大主神:"毗湿奴(Vishnu)"许多形象之一就是"黑天",它是宇宙的保护神。这"毗湿奴"与中子有关系?,"难近母(Divine mother)"以多种形象表现出宇宙的女性力量的原神;还以"湿婆"的妻子身份出现。这"难近母"与电子有什么关系?"湿婆(shiva)"他有许多种形式,其中最著名的就是"舞蹈之王",是创造和毁灭之神,他用他的舞蹈保持宇宙永不停止的节奏。这"湿婆"与高速自旋的质子有关系吗?


参考文献:
文献1:杨福家著《原子物理》1985年8月第一版,上海科学技术出版社;第20页、342页、347页、352页、332页等。
文献2:褚圣麟《原子物理》第17页、331页、407页。
文献3:胡镜寰、王忠烈、刘玉华编《原子物理学》1989年3月北京师范大学出版,第2文献166页、253页、270页、275页。
文献4http://www.zb.edu.sh.cn/wuli-kg/g2/g2-16d/16d-z/8.htm裂变和聚变·知识点精解参考文献:
文献5赵国求《现代物理知识》1993年2期,P32
文献6赵凯华、陈熙谨《电磁学》1985年6月高等教育,P347、P356、P387、P552、P555、P556
文献7徐游《电磁学》1987年7月江苏科学,P215、P218、P282
文献8殷传宗《原子物理学》1987年7月广西师范,P25
文献9(苏)亚沃尔基《现代物理手册》1992年科学出版,P578
 

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