摘要　假设正负电子可以稳定结合，则它们可以积累发展，以此来理解电子，粒子，原子核等领域内的物理现象将会变得很容易，本文讲述相关内容，并提出一些新构想，如电子半径、电子的稳定性、最彻底的质能转化方案、微观粒子的性质、核结构、核力、一些基本的核反应、部分原子核的特性、强相互作用和弱相互作用的关系等。在此理论基础上，物理学必将有更新更广泛的发展。

　　关键词　键面，键能

3. 原子核

　　假设正负电子可以稳定地吸附到一起而不湮灭成光子，可以得到以下结果。

　　原子核模型

　　先确定一下原子核的两个性质。

　　（1）核子间是直接接触的。对比核子和原子核的体积可以看出核子占有的空间很小，近似等于其体积，在这么小的空间内，在核力的作用下，核子之间只能直接接触。一个核子最多可以连接12个核子。

　　（2）核子之间是相对静止的。核子间的作用力不是各向同性的，核子的运动只能是滚动不会是滑动，强相互作用力会牢固地束缚住核子阻止其运动。

　　下面列举一些核子数较少，有一定特点的原子核模型。

　　由13个核子组成的最规则的模型（图12），核子排列密集，具有最好的球对称性，对应的原子核不稳定。

　　（图13）

　　（图14）

　　，（图15）

　　（图16）

　　（图17）

　　（图18）

　　以两个相接触的核子为轴在其中部周围分布5个核子，整体类似双面碟形。如果各核子均为刚体，则赤道面上的两个核子相对中心轴的夹角为

　　其5个核子之间将有空隙间隔，空隙的角度为

　　7.35÷5=1.47°

　　如果核子可以变形，则使5个核子连接起来需要平均每个核子变形1.47度，约为0.3个电子的长度，也就是说如果每个核子都能提供0.3个电子，则赤道面上的5个核子能组成一个闭合的环。7子模型的结构比较疏松。

　　（图19）

　　（图20）

　　（图21）

　　（图22）

　　核子少的原子核，核子的组合方式少，核结构简单；核子多的原子核，由于核子的组合方式多，其结构要复杂一些。大多数原子核的结构不是唯一的。

　　核密度

　　忽略核子之间的空隙，以为标准，一个球型核的密度为

　　核密度与核半径的关系近似如图23

　　图形中末端的两段长度均约为0.6倍，表示原子核表面凸出的核子。

　　原子核的密度和测量精度有关，当测量精度达到级时，需要考虑核子间的间隙，当测量精度达到级时，还要考虑电子之间的间隙。

　　核子间的强相互作用

　　粒子是由正负电子组合而成的，一个核子可以分成约1836个电子，这1836个电子是在其电磁场的作用下按正负电子交错分布的方式组合成核子的，这个粒子表现出来的电量就是这些交错分布的正负电子的作用的叠加，在宏观世界中的表现为粒子的电量均匀分布于粒子中，粒子内部每一个电子都对这个场有供献，只不过正电子支持电场，负电子削弱电场，这种叠加的结果使电中心与质心重合。所以如果我们对粒子作些改变，使之吸附一个或放出一个电子，那么虽然这个电子的增减使整个粒子的电量有明显的改变，但我们无论是从电中心还是从质中心的角度来看都不容易判断出这个变化的电子所在的位置，电中心仍位于质心。举例来说，如果让中子表面吸附一个正电子，则中子表现出来的电中心位于中子的内部的质心上，而不是所吸附的正电子所在的位置，由此也可以看出，质子与中子除了电量与磁矩及一些微小的质量差之外，基本上是相同的，能够通过电子增减实现互相转变。

　　也就是说，核子内部的小粒子（指正、负电子）之间的作用是电磁作用，核子之间的作用也是电磁作用，更确切地说，核子之间的作用是内部所有的电子的作用的叠加。由于叠加作用，当粒子间距离r远远大于粒子半径R时，中子不显电性，质子显一个正电子的电性，原子核的电场强度为：

　　 ()

　　静电能为:

　　 ()

　　称为原子核的库仑作用。

　　由于叠加作用，当两个原子核之间的距离小于核力作用范围时，原子核间的相互作用变得十分复杂。这种情况下两个原子核所带的电量产生的库仑力（以往的通常意义的库仑作用，作用的中心为原子核的质心）已经不重要，分别属于两个原子核并且距离最近的电子之间的作用力变得十分突出，这些电子之间的库仑力远远大于核库仑力，这就是通常所说的核力，即强相互作用力。核子中的正负电子是交错分布的，核表面的正负电子基本上也是交错分布的，当两个核接近时，如果分属于两个原子核的异性电子相距最近，则表现为引力（图24）；反之，如果同性电子相距最近就呈现出很强的斥力（图25），所以强相互作用力应该至少包括引力和斥力两种作用力；如果两个原子核正处于上述两种状态的中间状态时，两核质心方向的作用力减小至0，在垂直于质心连线的平面上会有一个最大的力矩，在这个力矩的作用下，两个核将要发生相对转动，这个力矩也是各电子间相互作用叠加的结果。对于核子，引力与斥力相对于核子中心的夹角约为7.5度，这样，核子每转动7.5度核力的性质就会发生一个改变，由引力变为斥力或由斥力变为引力。现在可知，这样的十分复杂的相互作用仍然是电磁作用。当两个原子核运动至表面相互接触，压缩到核内部的电子，核内电子为抵抗压缩会产生一个很强的支持力，这个支持力的最大值为电子的极限压力。

　　原子核的作用力与角度的关系近似如图26示

　　picture 26

　　质子与负电子间的作用力与距离的关系（近距离时为引力）如图27示

　　picture 27

　　质子与负电子间的作用力与距离的关系（近距离时为斥力）如图28示

　　picture 28

　　中子与正电子在相距最近的情况下的作用力与角度的关系如图29示，图中金色的圆表示正电子的质心位置，同色的曲线表示该半径方向的作用力，曲线与圆的交点处力为零。

　　picture 29

　　中子与正电子间的作用力与角度及距离的关系如图30示，图中圆表示正电子的质心位置，同色的曲线表示该半径方向的作用力，曲线与圆的交点处力为零。

　　picture 30

　　中子与负电子在相距最近的情况下的作用力与角度的关系如图31示

　　picture 31

　　中子与负电子间的作用力与角度及距离的关系如图32示

　　picture 32

　　由图可见，当表面接触时核力有极大的波动；当表面距离大于5个电子半径时，核力的波动基本消失。

　　通常的粒子总是要作自旋运动的，当这样的两个粒子运动至核力范围内时，在粒子自旋的作用下，两个粒子间的作用力在引力和斥力之间迅速地交替变化，使粒子的运动和自旋产生振动，这些复杂的变化的总体效果可以很简单，引力和斥力基本上可以相互抵消，总的作用可以用一个平均数代替。如果靶粒子的转动速度不同于入射粒子的运动速度，当入射粒子在靶粒子附近经过，上述作用会改变这两个粒子的自旋，改变入射粒子的入射方向、运动速度等。

　　能量较低的中性粒子，如0.025ev的热中子，由于不受靶核库仑斥力的作用，容易到达核力的范围内，自旋被靶核同步化，进而在核力的作用下被靶核俘获，所以低能中子与靶核有很高的作用截面。

　　*核子间的作用力，即通常所说的核力和强相互作用力，实质是近距离时电磁力的叠加作用，但由于这时的核力与通常的核库仑力的确有所不同，并且这也是这种说法的第一篇文章，所以以后我将仍称之为强相互作用力或核力，需要知道的是，强相互作用力就是电磁力，就是库仑力，在强相互作用力范围内，不同时另外存在核库仑作用力。

　　核子间的一个键面应包括个3个键。因为核子并非标准的球型，所以一个键面包含的键数可能多于3个，而位于原子核中的核子因为要同时连接几个核子，所以有时一个键面可能只有2个或1个键。通常一个键面包含的键的个数为2~9个。

　　一个核子，最多可以有12个键面（13子模型中心的核子），一般最少有3~4个键面（原子核表面的核子），对于大多数原子核，可取平均值为8，则一个含A个核子的中等质量的原子核共有约个键面，核子的结合能为8～15Mev，取平均值，则含有A个核子的原子核的总结合能为11.5AMev，若取一个键面中的键的个数为5，每个键的键能为

　　如果能求出两个核子中各个电子之间的距离，就可以利用电场公式大体计算出各个电子之间的作用，将其在核心连线上的分力叠加起来，就得到核力。

　　设两个核子的内部排列互相平行，如图33所示，两核子中心距为（>+），以第一个核子的中心为原点建立直角坐标系S，其OX轴通过第二个核子的中心，以第二个核子的中心为原点建立直角坐标系S’，S’与S平行。设第一个核子先在XOZ面内转动角，到达中间状态，再在XOY面内转动角，到达末状态，按照这个方法，第二个核子的转角分别为,；在两个核子内部各任取一个电子，对应各自坐标系的坐标为（），（），相应角度为，，，（初始状态），，，，（中间状态），，，，（末状态），对于第一个核子有

　　picture 33

　　初始状态

　　 ()

　　 ()

　　中间状态（转△θ角）:

　　, , ,

　　末状态（转角）:

　　, , ,

　　对于第二个核子有：

　　初始状态:

　　中间状态（转角）：

　　, , ,

　　末状态（转角）：

　　, , ,

　　这两点电荷在末状态时的距离为

　　任意两个点电荷间的库仑力投影到中心连线上的分力为

　　其中i，j，k，i’，j’，k’分别表示两个核子内不同位置的电子，引力为正，斥力为负。

　　将所有的作用力加起来，则核子间的作用力即核力为

　　氘核

　　由一个质子p和一个中子n构成，根据这两个核子的相对自旋将氘核分成两类：自旋三重态核和自旋单态核。三重态氘核的结合能为2.224644±0.000034Mev，总磁矩为0.857406±0.000001μN。三重态氘核是一种稳定的核，有一个键面，如果按4个键计算，氘核的键能为（图34）

　　2.224644÷4=0.556161 Mev

　　对于自旋单态的氘核，为了保证两个核子能进行相对不同的自旋，p与n之间只能有一个键相连（图34R），不相连但相邻的电子不但不会对结合能有帮助，相反引力斥力交替出现会使氘核产生振动，破坏氘核的稳定，促进核反应的发生。p与n的磁矩作用很小，由此提供的结合能可以忽略不计，所以这种氘核的结合能将小于0.56Mev。理论上自旋单态的氘核的质子和中子的自旋一定是不同的，但可以不是相反的。

　　通常没有只含两个键的氘核，只含两个键的氘核会很快再形成几个键，变成普通的氘核。

　　氦核

　　He核的4个核子排列呈正四面体形状，共有6个键面，He核的结合能非常高，约为28.296Mev，远大于由氢核的结合能求得的数值：

　　2.224×6=13.344 Mev

　　氦核很高的结合能可能与氦核的结构有关，氦核的排列是最紧密的，下面看看氦核中心空隙的大小，设核子半径为1，O点为氦核的中心，点A、B、C、D 为四个核子的中心（图35）

　　,

　　设OF长为X，由AO=OD得

　　,

　　所以

　　,

　　则由氦核的中心到核子表面的最短距离为

　　约为0.182÷(0.053×2)=1.717≈2个电子的直径，也就是说只要每个核子提供2个电子即可将核子通过原子核中心连结起来，在由三个核子组成的夹角处，空隙更小，这也许是氦核拥有非常高的结合能的原因。

　　由核的多出的结合能可大致推断氦核多出的键的个数

　　(28.296-13.344)÷0.566≈26

　　这26个键平均分给核内部的4个夹角，每个角约增加7个键，这是在核内空隙允许的范围之内的。

　　由于核子结构的限制，不同的接触方式形成的氦核的结合能应该不同。

　　可以确定的核力的新性质

　　（1）核力就是电磁力，是核子在近距离内受到的电磁作用的叠加。

　　（2）已知的粒子中,除光子等粒子以外，所有的粒子之间的主要相互作用都是电磁力。

　　（3）核力和粒子的相对角度有关，角度不同力的性质（正、负、大、小、有、无）不同。

　　（4）核力与距离有关，距离的变化能引起核力性质（正、负、大、小、有、无）的变化。

　　（5）核力作用可以产生转动力矩。

　　（6）粒子间的作用截面和自旋有关。

　　（7）核子的结合能和具体接触位置有关。

　　（8）键是核力的主要来源。

　　（9）核力作用下的核子一般无相对滚动现象（核裂变等剧烈的核反应除外），无相对自旋现象（自旋单态氘核及具有类似性质的原子核除外）。

　　以及稍后将提到的：

　　（10）原子核内的能量分布不均匀。

　　（11）对于通常的原子核，其稳定性是由原子核的能量释放能力和核库仑力共同决定的。

　　（12）原子核内部是有空隙的。原子核内部的空隙可能会有利于原子核及时释放核内部的能量，核内部的能量通过核子之间的空隙直接地向外界释放要比间接地借助外层核子向外释放更容易一些。

　　系列论文：

　　物体原理的理论分析（一）
　　物体原理的理论分析（二）
　　物体原理的理论分析（三）