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稳定同位素分布的基本规律
稳定同位素分布的基本规律
第15卷第4期2002年11月
同 位 素
JournalofIsotopes
.15 No.4Vol
Nov.2002
稳定同位素分布的基本规律
王昱应
(山西潞安矿业集团公司技术中心,山西长治 046204)
摘要:
在参量S=2Z-N、~82上界以H=N-Z的正方形核素图中,核素稳定区显示出范围常数44;偶Z60坐标△H=2,4,8递变;坐标差12~-8上界与偶Z52~80下界的边界线以坐标△H=2,2,4,4,8,8递变。
偶Z核对应区的Z下界以坐标△S=8,4,2递变;稳定区左界由核素30,48Cd68,76Os116为中点联系着。
综Zn40
[1**********]0合得到稳定同位素的新基本规律是:
1,2,4,8,16,8,4,2,1。
并建立能级以2步解释。
以稳定区边界规律外推出放射核素的可能上界是坐标H60或80S关键词:
正方形核素图;稳定同位素;分布规律;氘氚模型
中图分类号:
O571.21 文献标识码:
A 文章编号:
()206
70
116 192
(周期律)。
在核素分类基础上。
50年前,稳定核素已几乎全部发现,早就应提出同位素分类学问题了[1]。
但人们一直以为元素周期律可以代替核素分类,实际上两者本质根本不同:
元素周期律是核外电子排布,而核素分类则是核内质子(p)与中子(n)排布或融合。
前者决定原子的性质及其结合成分子,后者决定原子核性质与同位素的存在。
核内蕴藏着巨大能量,核素分类的应用前景目前难以估量。
各类核素的存在,是在核力场中p、n相互作用的结果,核子、核力性质不变,其分布规律的发现与解释,将加深对核力的理解。
质子数(Z)、中子数(N)一定的核具有确定的一整套核性质,说明Z、N是核的最基本性质,其次是核素的稳定性,其中天然丰度最基本。
本研究以核素最基本特点整数(Z、N关系与核子结团)分析有天然丰度核素的分布。
。
两对应参量确定一个原子核时,它们表示的物理意义是相对的:
一个参量的意义由其对应参量决定,本身仅确定其表示意义的纯系数。
综合得:
在核内的p与n相似性可扩大到包括氘、氚、氦25等结团之间也具有相似性,即表示这些核子或核子结团
[2]
的整数参量Z、N、S、H、K之间具有可比性。
112 核素坐标S、H与正方形核素图
当以Z、N关系分析核素时,引入两参量S=2Z-N,H=N-Z作核素图,使每核的整数关系增至4组,即S+H=Z,H+Z=N,Z+N=A,K=S-H。
此模式改变了70年来仅以Z、N、A核素基本性质整数难以表现核之间联系的局面。
当以新参量S、H标绘核素图时,Z
2048036
(S=44,H=32),为76Os108
4432
208
184
32;Z
443844
238
190
7844
Pt11234
1064838
1968044
与Hg11636
的左上右下界核92U38
14654
与44,Ru52
368
96
两界差Cd58
10
K=-16与28的绝对值和也是44,稳定区范围
1 基本概念
111 以整数分析的基本条件
以整数分析核素,首先需要设定核素的整数
出现三个44。
当包括放射核素时,核素坐标边界跨度也相近,改变传统核素图窄长条形分布至长宽相近,故称之为正方形核素图[3]。
正方形核素简图示于图1
。
参量之间具有可比性。
核素分布的基本事实与核
收稿日期:
2002207220;修回日期:
2002209220基金项目:
科技部基础司攀登计划预选项目(‘98,12)
作者简介:
王昱应(1946~),男(汉族),山西沁县人,教授级高级工程师,从事核素分类研究
248同 位 素 第15卷
113 定义几种边界核
(1)偶Z界核:
当Z为偶常数时,这类核素
2 稳定区同类核素的分布规律
211 偶Z60~82上界以坐标△H=2,4,8递变
2088238
中核子数最少与最多的核素称作此Z值的下界与上界。
如Z20核素有6核,核素20与20Ca20Ca28
200128
分别是Z20的下界与上界。
(2)坐标差K上界:
当K为常数时,这类核素中核子数最多的核称为K的上界。
K上界又分为两类:
偶偶核上界与奇A核上界。
如K12偶
1496237
40
48
这些Z上界依序为60,Nd90
3030
150
154
6232
…,Sm9230
这12个Z上界构成平竖折线,其特征坐Pb12644
偶核是12,…,76,奇A核素是14,…,Mg12Os108Si15
1204432131
则76与62分别是K=12的偶偶Sm87Os108Sm[1**********]5
184
24 184 29
标为(30,30),(32,30),…,(38,44)。
坐标∃S≥
2,△H=2,4,8,以等比2递变。
见图2。
212 偶K12~-8上界与偶Z52~80下界以坐标△H=2,2,4,4,8,8递变
~-8上界核依序为76,K=12Os108
4432
204
184
149
190
7844
Pt11234
核上界与奇A核上界。
(3)坐标H界核:
坐标H为常数时,其核子数取最少与最多的核分别为其下界与上界,如坐标H24的下上界分别是50与66。
Sn74Dy90
26244224
124
…,80。
从坐标H32始,出现等值H36,40,Hg124
364442,44,增量△H=4,4,2,2。
偶Z52至80下界是
1205236
54Xe70,…,80边界折线的特征坐标Te68Hg[1**********]36
124 196
156
H16,24,8,8,4递变。
两条
图1 正方形核素简图(S
-H)
●——稳定核素;○——奇奇核素
第4期 王昱应:
稳定同位素分布的基本规律249
系:
下区△H=8,中区△H=8,4,上区△H=8,4,2。
3 偶Z界核对应区之间的内在联系
(1)在稳定区中部,存在由坐标S=28与38,H=16与20为四边围成的矩形区域。
是Z44,46,48三上界核分别以其坐标H16,18,20对应着坐标S38的Z54,56,58三下界。
在稳定区象这样的偶Z核矩形区共有四个,它们是Z26,28,30上界对应Z36,38,40下界,Z50,52,54上界对应Z66,68,70下界,Z66,
68,70上界对应Z76,78,80下界。
见图3。
四个区域的ZS=30,38,42,44,以△S=8,4,2:
5-n
(3)S=23,4
38,3084
38
a,
[1**********]
Er,
[1**********]
Pt
11234
是四区
图2—界核
折线以三坐标(44,32),…,(44,36)连接,特征坐标H16,24,32,36,40,42,44,由上至下以∃H=2,2,4,4,8,8重等比递变。
213 稳定区左侧的三组五核的联系
在稳定区中部左侧坐标S28的(28,16),…,(28,24)五偶偶核素,其中点是Cd。
下段三核是Z44,46,48上界,中间三核是H22,20,18的左界,上段三核是K4,6,8的区域下界。
五核形成重叠的三组三偶偶核边界,其中点是所在Z、H、K的三重边界。
与上述坐标S相同,坐标△H=8的五种核素边界线,在左界上部有坐标
~80上界,S=36的(36,36)~(36,44)是Z=72
上段四核是坐标H=38~44下界,上段三核是K=-4,-6,-8的区域下界。
在稳定区下区有坐标S=20的(20,6)~(20,14)五种偶偶核素,是偶Z26~34的上界,其中点是(20,10);上段四核是偶H=8~14的下界,最上三核是K=10,8,6的区域下界。
这三组五核的中点为70 116 192
30Zn40,48Cd68,76Os116,都是所在Z、H、K的界[1**********]0核,三核坐标S=20,28,36以△S=8递变,坐标H=10,20,40以等比2倍递增。
这三组五核的坐标由下式确定:
(1)Sn=28+8n, n=0,±1
Hnm=20・2n+2m,m=0,±1,±2
(2)还应指出,这些界核递变还存在深层次联
1164828
其K=22,20,16,10,以△K=2,。
关系式为:
(4)K=22-n(n-1), n=1,2,3,4
由坐标S与K规律已知,由K=S-H求出其坐标H,就可确定四个Z下界中点,再定出中核的上下两核素;同理以Z上界的坐标S与坐标H可确定三Z上界坐标,就能定出了一个区域的偶偶核存在范围。
4 奇A上界核素的三点共线对称规律
当以差K分析奇A核上界分布时,共有29种K上界,K≥0的上界依序为78,79,Pt117Au118
39394039
195
197
6820
图3 偶Z界核对应区
250
99
同 位 素 第15卷
…,44。
这些上界显示出系统的三点共线对称Ru55
3311
规律性。
如K=0,1,2的三核坐标(39,39),(40,39),(41,39)呈三点共线对称,以差序数K(0,1,2)表示这组三点共线对称。
411 六种特点的三点共线对称性[4]
奇A上界核素的六种三点共线对称规律见图4。
K0~6的7种上界可组成:
①以K3为中心的三组共线对称,以差序数K表示为(0,3,6),(1,3,5),(2,3,4)。
②依序数K的连续三组为(0,1,2),(2,3,4),(4,5,6)。
③K2~10不连续的三组为(2,3,4),(5,7,9),(6,8,10)。
④平行向上左移的三组:
以上述K10~5的平行组为基础,以其中点为新下端点,原上端点左移一格为新中点作三点共线对称,得到三组平行共线对称组:
(5,7,9),(6,8,10);(1,4,7),(2,5,8);(-4,0,4),(-3,1,5)。
⑤K为3倍数的平行三组:
倍数的K0,3,…,21有奇A上界,线组为(0,3,6),(15,18,21);((3,21);(3,9,15),(6,12,(,
)的三
群:
它们以K=0上界78为公共核素,当K≥Pt117
39390时,可组成7组三点共线对称组,似无三组特
点,但以自然数连续实际是三群,共线组为(0,1,2);(0,3,6),(0,4,8);(0,7,14),(0,8,16),(0,9,18),(0,10,20)。
依序为K=1,3~4,7~10三群,各有1,2,4组三点共线对称,外推可至K15~22。
412 坐标S39奇A上界的∃H=2,2,4,4,8
坐标S39分布着K=-4,-2,0,4,8,16的奇A上界,它们的坐标H=43,41,39,35,31,23以∃H=2,2,4,4,8递变。
这类核素的系统性是
195
核素62在稳定区边界意外存在的原因。
Sm85
3923[4]5Xe73
如核①差K以1或2递变的,其K为:
(2,3,4),(4,5,6),(6,8,10),(10,12,14),(14,16,18),(18,19,20),(20,21,22)。
②以K12上界为中点的七组
12754147
图4 奇A上界核素的六种三点共线对称规律
三点共线对称,以坐标(37,25)为中点,K取2~6,8,10七值:
(K,12,24-K)。
③以K10上界155
64Gd91为中心,由8核可组成一个回字形图形,3727再加对角线外侧3核共12核素,核素127Xe并不位于最外端。
④核素半衰期性质表明,一种有天然丰度的核素还能有两种半衰期。
基于这些原因,核素54极可能有甚微量天然丰度。
Xe73
3519
127
6 原子核的氘氚结团模型[5]
原子核是p,n对立统一的结果,以氘结团
(d)、氚结团(t)填充比p、n单独填充可更好地体现p、n的相互作用,d、t模型的基本思想是在四维时空中d与t填充能级的分裂与兼并都以2为比率。
已经有多种证据证实原子核由d、t组成,如从核中打出了d、t结团;核内存在6个夸克与9个夸克的态;已分析得d、t自由d稳定,t有放射性,与p,n核的氘氚模型:
①d;邻能级数以2或2;子数确定,,n,轨道角动量l,j,磁量子数m;④同一主量子数时,其它四个量子数遵守不相容原理,不存在全同态;⑤N取值0,1,2,…,8;n、l、j、m各取正负单位值。
填充d、t的能级以2分裂与兼并。
主量子数N=0时有一个能级;N=1时有2个能级,N=2时有4个,N=3时有8个,N=4时分裂成16个,这时四个态的能级全充满;以下能级以2简并,N=5时减半至8个,N=5时是4个,N=7时有2个,N=8时有1个。
能级个数由下式决定:
4-4-n
(5),n=0,1,2,3,…,8∃S=2
全充满填充氚时,先填充两个1至坐标H=-1与0,是负能级与基态;其次是最大能级数16,再填充8,第二个8;填充4,第二个4;然后两个2,形成全充满的16,8,8,4,4,2,2排列,表现为稳定区右界坐标H16,24,32,36,40,42,44递变。
氘氚填充位置相同的核素,其性质与递变应该相似。
例如:
(38,16)(42,24)(44,32);(44,36)(42,40)(40,42)(38,44);(20,10)(28,20)(36,40);(30,8)(38,18)(42,26)(44,34)。
中间S2H图长宽相近,然后从右下向左上伸展,两端的图都是窄长条形,而正方形图处于中间位置。
这种图中偶Z边界主要是平竖折线,发现稳定区范围常数为44,各类核素以2等差、等比、重等比递变,综合得核素体系的新基本规律。
有些规律在其它图中难被看出,而象差K上界在其它图中不一定还是界核,其规律也就无法表现。
(2)稳定区范围的基本边界线。
从Z60上界开始,以△H=2,4,8递变至稳定区上界H44,再以△H=2,2,4,4,8,8向下递变至Z52的下界,联系偶Z40~24与Z50~42下界的坐标△S(H)=4与2递变。
根据上述等比与重等比各三个递变值的特点,由Z2424开始,以Cr26
222
坐标△S)(30,10),在至()∃S)=2,2,2,2与1,1,,Z下界连接,从而形成从Z6030)始,以顺时针经两上界坐标H44,S…,(38,16)至(22,2)的连续稳定区边界线,等比、重等比及1,2,4递变都有三项。
共有47种偶偶边界核素。
(36,16)至(30,10)的特点与化学元素分类的三个铁磁性元素仅算一格,~71号元素仅占一格相似。
Z57
(3)同位素存在的新规律。
综合各类核素以2等差、等比、重等比递变的分布规律,把稳定范围常数44分解为2,4,8,16,8,4,2。
两边顺延1,
[3,4]
就形成了1,2,4,8,16,8,4,2,1。
这种新规律能解释稳定区范围的基本特点。
如稳定区上界为44,差K方向,共有45列(加K=0),坐标H44列包括坐标H=-1与0两列,共有46列。
今后需要分析规律中‘1’与‘16’的具体位置,‘1’可能位于坐标S=27,45与H=14,29,45,以及(40,40),(39,39),(32,14),(34,45),(32,46)。
“16”分布在坐标S26~42,14~30,-16~0;H14~30,H44~60等。
(4)放射区的H上界是H=60或80[6]。
以稳定区的边界规律为基础,外推可预测核素放射区的边界。
由偶Z60~82上界的∃H=2,4,8递变,再以∃H=16从坐标(38,44)向上递变至(38,60),(40,60)。
确定的98与100恰是Cf158Fm160
38604060
256
50
260
目前放射核素上界。
以稳定区左界的三个中点坐
标(20,10),(28,20),(36,40)为基础,若从坐标H=0始,以∃H=10,10,20,20递变,将至上界核124。
如从坐标H40以等比2递变,将是核Rf164
4460素124。
前者是以稳定区上区规律外推,后两种R2044480是以整个稳定区外推,这需要将来实验检验。
放射区的坐标S=68。
在偶Z界核对应区规
n
律中,坐标S=26与2之和确定第一个坐标S,
328328
7 一些推论与结果
(1)正方形图中核素分布规律最优。
在A,Z,N,S,H,K中取两变量Z2A,Z2N,S2H,K2H,…的各种图中,稳定区先由左下向右上递变,
再依次加减10确定对应的S,关系式为:
n
(6)Sn=26+2
nn+1
(7)=26+2+(-1)・10Sn′
当n=1,2,3时,得前三个区的两界坐标S:
28,38;30,20;34,44。
当n=4时,确定的坐标是
=32,对应第三区的Z66,68,70的下S4=42,S4′
界S与S=32有Z58的上界核素58。
当n=Ce84
32265时,得S5=58,S5′=68。
最大值恰是目前放射
142
核素区的边界。
以稳定区为基础,得到包括放射区的规律可能是:
2,4,8,16的正反双循环,在坐标S以反方向递变,在坐标H以正方向从小到大递变。
需要今后联系核性质深入分析。
目前,核素分类还未完成,需要进一步联系核性质确定新规律的具体细节,把核整数场应用于核分布规律的研究[4],确认同位素存在的新规律,在核素分类基础上,建立完善原子核的氘氚模型,发展成统一的核结构理论。
以Z、N数关系研究同位素存在规律很可能是一个正确探索方向,这需要大家,尤其是青年学者参与,争取早日完成核素分类,为自然科学作出应有的贡献,为中华民族增光。
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8 瞻望核素分类前景
以新方法研究核素分类,以偶偶界核规律外推,如两坐标S>44,H>44就出现矛盾,论证了稳定范围常数应为44[7],分解常数442n成。
得到核素新基本规律是1,1。
具有新颖性与科学性。
的,,仅是普通核素中的一类,幻数规律仅是局部。
所以,与幻数相比,新2n规律更具有普遍性,为研究同位素的存在规律提供许多新课题,开辟核素研究的新领域。
文献[4]已较详细地说明核素分类阶段成果,以氘氚模型初步解释新规律,依规律预言核素130Ba不稳定,得到国际核数据网的证实[8,9]。
还需要检验核素氙2127是否确有天然丰度,以及更多的证据支持新规律存在。
Ba74maybeNaturalRa2
dioativeNucleusofLongHaff2lifeWith++
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FundamentalLawofDistribution