原子核结构的研讨论文

　　论文摘要

　　从根本上解决核力问题,进而得到一个自然界的普遍规律,即原子核是由质子与中子较均匀地相间排列,然后首尾相连而构成的核子环,围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。核子环的成环张力是由核环上所有质子相互推斥提供的，这样就得到了原子核这个微观量子多体系的直观结构图象----核子环。

关键词：核键核子环次中子

　　原子核的直观结构(I)

　　原子核是物质结构的一个层次，它介于原子与粒子之间，是由质子与中子（统称核子）组成的非相对论量子多体体系。此量子多体体系的结构图象是由核内的质子与中子依靠一种短程的强相互作用力来维系的。这种核子间的强相互作用，称为核力或者强力。

　　目前，对原子核的结构及其运动规律的了解是“多侧面”的：它既具有“独立”核子在由其它核子构成的平均场中运动的性质，而又突出地具有核子间有强耦合的集体运动性质；它既是一个由核子构成的非相对论量子多体体系，而又反映介子、重子乃至夸克自由度的复杂介质；它既是一个有一定量子数的有序物质状态，而又表现出明显的统计性及在一定条件下具有量子混沌的行为，由于核力问题并没有根本解决，各式各样的核结构型虽在一定程度上从某些侧面成功描写了原子核结构所表现出的丰富多彩的多样性，但也都有各自的问题、困难和局限性。〔1〕

　　因此，我们如何才能用简单、单一的描述来说明原子核这个体系的性质及其运动规律呢？如何使各种核模型统一起来呢？也就是说，各种核子究竟是按一种什么样的规律组合在一起的，原子核的真实直观结构是怎样的，这是从根本上解决核力问题的关键。以下论述是本文作者的一种大胆尝试！

一、核子间核力作用的饱和性

　　由于核子是有内部结构的粒子，我们把它们想象成象原子或离子那样，能够相互成键。我们把各种核子间形成的核力（近似地说是静态的，与核子速度无关，但存在与速度相关的力），统称为核键，即核子间通过传递、交换兀介子而相互成键（兀介子的静止能量比核内核子的动能大得多），从而出现了兀介子云的叠，就像电子云的重叠那样。这是一种短程吸引力，作用范围小于是10-15米，既使在这么小的范围内，键长也是变化的，一般中子与质子之间形成的核键的键长较短，中子与中子、质子与质子之间形成的键长较长。在原子核内，具有最短键长的核键的单个键能即为核子平均结合能。（8-8.5Mｅｖ）。一般成键后的不同核子不能互相转化。

　　核子间的成键与原子成键相似，很具有饱和性。就是说，一个核子同直接与之接触的不同类核子有核力作用后，同其它核子无核力作用。一个质子最多只能同两个直接与之接触的'中子成键，而质子成键达完全饱和键态，即

　　H，空间平面直观结构可能为“⊙⊕⊙”（⊙-中子，⊕-质子）。而一个中子最多也只能同两个直接与之接触的质子成键达完全饱和键态，即He，空间平面直观结构为“⊕⊙⊕”。中子（质子）之间成键不具饱和性，一个中子同直接与之接触的中子都能成键，但结合得不紧密，是一种弱的束缚，易因中子的激发而被自动破坏。

二、原子核的直观结构

　　既然核子成键具有饱和性，那么它们是怎样组成稳定的原子核的呢？原来，原子核并不是那种单纯的“核”，而是由质子和中子较均匀地相间排列成键，然后首尾相连而构成的核子环，围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。由于核子都集中在核子环上，因此核内是空心的，即原子核具有空虚的质心。核环转动形成的球形核就象乒乓球一样，形成的椭圆形核就象蛋壳一样。核环的成环张力是由核子环上所有质子相互推斥提供的。这样，原子核外观表现为质子间的较大库仑斥力，使核环伸张，内观则表现为核子间的核力，这种强力使核子一个拉着一个，使核收缩，从而产生核的表面张力，但核的表面张力远大于质子间的斥力，之所以能维持平衡，是因为核力具有饱和性的缘故。另外，因核的转动使核子产生离心力。原子核内的斥张力及离心力同核的表面张力的相互抗衡，维持着原子核空间结构的相对稳定存在。

　　在核子环上，每个核子只与它两侧的核子有核力作用，形成两个核键达饱和，而与其它的核子一般不再有核力作用。这就是核力在原子核内的饱和性，正由于这种饱和性，使原子核这个多体体系的性质从复杂归于简单、单一，核子环成为环上任一核子运动的平均场。

三、原子核的运动形式

　　原子核的核环上质子均匀排列的空间有序性，与核外电子的规则排布相联系。核子环的自转是环上所有核子独立运动有矢量和，即单粒子运动必须服从或服务于统一的整体转动，这是综合模所描述的——核子在核内单粒子运动与集体运动相耦合。原子核作为一个微观量子体系，核子环的集体转动并非像流体那样作非旋转动，它的集体转动是指原子核势场空间取向的变化。〔2〕

　　由于核子环整体向一定方向自转（顺时针或逆时针），质子也都相应做环系运动，从而产生环系电流，这样就使原子核中显示出质子的正电移动性——质子流。因此，它们的统一运动产生了相同的磁场，这样核环就有了较固定的旋轴线——核轴线（沿磁极方向，就象地磁线一样）。中子也同样产生中子流，中子流与质子流，它们占据着各自的量子轨道（能级），虽然通过核子——核子相互作用，不断地交换着能量、动量和角动量，但它们大体上保持着相对的独立性，即从总体上看，它们近似地保持着原来的运动状态，这正是独立粒子模型，即壳模型所描述的。核子的高能级轨道是与轴线垂直的核的腰部，核子的低能级轨道是轴线附近的核的端部。这样，核内核子表现出两重性——粒子空穴性，核内核子的填充状态是一种轨道运动的几率分布，不再以费米面作为占据或空缺的自然分界线，这是引入准粒子时所描述的。而核子环转动所形成的相对薄的表面及核子环的变形使核物质有低的可压缩性，正是液滴模型的两个基本假设。〔3〕

　　核子环上的核子大体上可看成是在同一个平面上，圆面的转动形成了旋转球体的原子核。核环上的核子时时刻刻都在平衡形状附近做或强或弱的形状振动，这种振动从外观上看是原子核体积不怎么变化的表面振动。如果因个别核子的动能（破坏核环形状的）太大，迫使核环发生形变，离开原来的平衡形状，成为椭圆环，它们在转动时就成为椭球体，这样就形成了某些原子核电荷分布的非球对称，而是具有旋转椭圆球的对称性。正是由于核子绕轴线转动形成的对称性，使核子在轨道上运动具有如下特点：在同一能级的轨道上，可能运动着核子环上对应着的一对质子或一对中子。也就是说，在同一量子轨道上运动着一对核子。