原子核的直观结构

bsp;Li Li Be
同它们结构相似的又如12C、13C、14N、15N、16O、17O、20Ne、23Na、32S、40Ca等等。
一般情况下，原子核最稳定的结构是中子与质子均匀相间排列的核子环，且N=Z。它们是“具有高度的中子-质子对称性的球形自轭核”，它们的核环上任一核子都达到了完全饱和键态，中子与质子结合得很紧密，电荷分布为球对称，如奇奇核14N和偶偶核16O等。在这样的核环上加入（或去掉）一个或几个中子成键，在核环一处或几处出现了剩余相互作用，即相同核子间出现了不饱和核力，核圆环可能因此变形为椭圆环，从而形成了近球形核。以上正是平均场理论所描述的。〔4〕

对于中子数多于质子数较多的中等核及重核，它们的核环上可每相隔两个中子再排列一个质子，形成的核也是稳定的，即Z≤N≤2Z。但核环上最多一处可排列三个相连的中子，如果中间的那个中子不稳定，具有很大的动能（使核环发生形变的，而非转动的动能）。核环为阻止自身的形变，在核的表面张力作用下，会迫使其发生β-衰变，使其衰变成质子，然后与两侧的中子恰形成饱和核键而达到稳定。或者，此中子虽无大的形变动能，但受到核环上强大的表面张力的压迫、冲击，达到弱作用范围，也会发生β-衰变，这就是重核的β-衰变。
在饱和的核环一处去掉一个中子（可加入一个质子），会使两个质子直接作用，达到了弱作用范围，其中的一个质子会发生β+衰变，衰变成一个质量仅次于质子的中性新粒子——次中子，然后重新形成核键。但次中子是不稳定的，它能吸收光子（γ→e+e），而转变成中子，如发生β+衰变后的重核伴随着正负电子对的吸收现象，就反映了次中子的这一特性。如果质子不发生β+衰变，也可通过俘获K电子使其中的一个质子转变成中子而重新形成稳定的核键。可见，中子与质了在原子核内互相限制、彼此制约，并且中子在原子核内的作用就是起到连接质子的作用。当中子数少于质子数时，原子核就会不稳定，会发生β+衰变或K俘获。虽然核自由中子会发生β-衰变，但在原子核内与质子成键后的束缚中子不会发生ββ-衰变，这是饱和核力作用的结果。
当核环上的中子与中子直接相连时，两个中子成键均未饱和，出现剩余相互作用，可仍与外来的低能量的中子形成弱的核力，但不在弱作用范围内，不会发生β-衰变。这个中子没有能力加到核子环上去，而是在核环外围形成很长的核键，因量子运动而形成核的中子晕或核的中子皮，如11Li、11Be、14Be的中子晕及6He、8He的中子皮，这些具有中子晕的或中子皮的原子核是一种弱束缚态的密度不均匀的体系。﹝5﹞
对于重核，中子与中子直接连接处较多，剩余相互作用较大，在核内起主导作用，当核环变形为梭形时，在核的两端尖部会引起α衰变，使核环向圆环状恢复，这样就会发射α粒子。核子环能够变形，与转动频率有关。在较低角动量时，原子核形成一个中等形变的扁椭圆形状，随着角动量的增加，原子核具有长椭球形变或三轴形变。当角动量继续增加时，核环将在剩余相互作用下发生裂变，此时剩余相互作用能克服质子间的斥力及转动引起的离心力，使核子重新组合成两个或多个子核环。以上是由原子核的转动液滴模型所描述的。﹝6﹞
千变万化的核反应，就是使核环上局部的核子间原来的核键被破坏，并重新形成更强的新核键的过程，同时通过发射粒子（或γ射线）进行退激发，使新结合的核环向圆环状恢复（斥力作用），这样就产生了新的稳定的核。在低能时，核反应为熔合蒸发、转移和电荷交换反应；高能时，核反应为散裂、多重碎裂和裂变反应。 
五、结束语
真理往往就是那样朴素，重要的是人们要善于发现它。我希望能有更多的人接受本文思想精华，再付诸于实践，我相信对核物理的发展将带为质的飞跃！
附参考文献
1～6 丁大钊、陈永寿、张焕乔 原子核物理进展
上海：科学技术出版社 1997，559

原子核的直观结构（续篇Ⅱ）
五、核反应过程图示浅析
我们知道核反应是遵守质量数和电荷数守恒的，而且核反应不能凭空任意发生，这是由轰击粒子的能量及结构和靶核的结构性质所决定的。由于核子环上的核子都在一个平面上（核子间的表面张力与质子间斥力相抗衡的结果），并且保持圆环状，这样靶核成为一个理想的核子环。由于它的轴线处的核子（端部）在旋转动能最小的低能级轨道上，易与外来粒子结合，成为发生核反应的主要反应道；而与轴线垂直的核环的腰部核子转动动能很大，不易同外来粒子结合成键，如果能够结合，轰击粒子需要更高的能量。由此可以看出，核反应的随机性很大，从而使核反应复杂多变。轰击粒子与靶核的碰撞形式有非弹性的正碰和切碰两种，并且碰撞是随机的。对于能量很高的粒子（速度远大于核环自旋速度），原子核往往表现出通透性，即粒子当时并未碰到核子环面上的核子，只是快速地通过了核子环空虚的中心。
原子核的结构无法从实验中直接看到，但可以从实验结果中反馈出来。以下核反应均为实验所得的结果（大

多数反应为熔合蒸发反应，打出准粒子）。由于核反应在瞬间即能完成，可视为核子环的自旋暂时停止（定像），轰击粒子与核子环共面，这样就可以把核反应过程显示在平面上了。一些低能核反应的类型如下：
（一） α粒子所引起的核反应
⑴N+He→O+H，产生的新核是稳定的。正碰过程如下图（注意核子间的相对位置关系，核子间应以饱和成键为原则，使其行为遵守能量最低原理）：
图1 14N（α，P）17O
在氮-14核轴线上有两种核子——一个质子和一个中子。在此反应道上，α粒了是与其中的质子发生了正碰。氦核的中子首先与轴线处的质子成键，氦核的两个质子也立即与轴线处质子两侧的中子分别同时成键，而原氦核的另一个中子与它本身的两个质子并未解脱核键。这样使新核环16O的核子达到全饱和键态。迅速解脱核键的氘核（接受到α粒子传给的较大动能）与核子环对面轴线处的核子发生第二次碰撞，氘核的质子把轴线处的中子旁边的一个质子撞出核外，而取代了它的位置，并首先与轴线附近的那个中子（非轴线上的中子，高能级优先成键）成键而使质子达饱和（H 型），这样就完成了核子环上相同核子的替换过程，我们把这一过程称为核子替换。原氘核的中子随后挤入核子断环，在核表面张力作用下，接合成新的核子环。从而形成了稳定的氧-17核。飞出核外的质子与轰击粒相比，已损失了绝大部分的动能。这个核反应现象可以从布拉凯特的充氮云室照片中看到，分析径迹情况可知，分叉的径迹即为质子的径迹。这已由上图中显示出来。类似此反应的又如B+He→C+H，若这类反应发生的是切碰，则会直接释放氘粒子，无二次碰撞反应，如He+C→N+H，产生的14N核是稳定的。
⑵B +He→N+n，在此反应道上，α粒子进攻的是10B核轴线上的中子（正碰），第二次碰撞发生核子替换打出一个中子。但新核13N不稳定，因为有两个质子直接相连成键，原氘核的质子有较大的远离核心的动能，在核的表面张力和斥力的直接作用下，易达到弱作用范围，会发生β+衰变或K俘获。新核衰变方程为N→C +e+γe或N+e→C+γe。产生的碳-13核是稳定的。整个过程如下图： 
图2 10B（α，n）13N及13N的β+衰变或K俘获
⑶Be+He→C+n，在此反应道上，α粒子必须正碰铍-9核轴线上的中子， 产生稳定的碳-12核，如图：
图3 9Be（α，n ）12C
⑷Al+He→P+n，P→Si+e+γe或P+e→Si+γe。在此反应道上，α粒子必须正碰铝-27核轴线附近两个相连的中子之一。如图4

 

 

图4 27Al（α，n ）30P及30P的β+衰变或K俘获
⑸Na+He→Mg+H,此反应与⑷并不矛盾，在此反应道上，α粒子正碰的是钠-23核环上的质子，产生的镁-26核（核环上三个中子不一定直接相连）是稳定的。如图5
图5 23Na（α，P ）26Mg
⑹Li+He→B+γ,这是个α粒子的全融合反应。在此反应道上，第二次碰撞时，氘核的质子有能力把对面核子环上中子与中子形成的较弱核键击破并与其中的一个中子成键，而没有发生核子替换打出质子。断环接合成新的稳定的硼核，同时释放成键键能γ光子。如图6
图6 7Li（α，γ）11B
（二） 中子所引起的核反应
⑴N+n→B+He，在此反应道上，入射中子把氮核环上的中子击入核内，同时与两个质子成键达饱和。进入核内的自由中子动能减小，已没有能力发生核子替换，而是挤压对面的核子环，使其变形，从而被两个质子（仍与另一个中子成键）捕获重新成键达饱和，这样就产生了一个系统能量很低的全饱和键态的α轻粒子飞出核外，余下的核子恰能接合成稳定的硼-11核。如图7
图7 14N（n，α）11B
⑵N+n→C+H，C→N+e+e。正碰过程如下图
图8 14N（n，P）14C及14C的β-的衰变
从上图可以看出，在此反应道上，入射中子碰撞的是氮核环上的质子，它代替了击入质子的位置，而自由质子与对面核

《原子核的直观结构》