1. 简介

在稳定的原子核中，相互排斥的带正电的质子通过核力结合在一起，但在具有过量中子的大原子核的情况下，引力作用也非常重要。

根据早期散射实验的结果，原子核具有恒定的密度，使得它们像液体一样不可压缩。在此基础上，第一个核模型，即所谓的液滴模型诞生了[1-3]。现在已知，当核子数量较多时，核心的密度高于表面附近的密度[4-9]。

事实证明，原子核可以被激发，并且尝试将实验确定的激发能级描述为类似于原子的电子壳层结构[10 - 13]。根据原子核的壳层模型，在原子核激发过程中，核子（质子和中子）被送到更高的能级，然后通过释放能量回落到原来的状态，类似于电子对外层电子的激发核周围有壳。正确地出现了这样的问题：比电子大得多的核子如何在高密度原子核中移动。为了解决这个问题，假设原子核中存在空位核子。

第三种理论，即所谓的簇模型，认为核心由几个单元或簇组成，这些单元或簇通过范德华力像簇一样相互连接。团簇的内部稳定性是通过强相互作用来保证的，因此在激发过程中团簇的内部结构不会发生变化，它们只是相互相对移动。据信，可以考虑这样的团簇，例如，He 4 α核，由两个质子和中子组成[14-21]。团簇的内部稳定性是通过分子键还是特殊的壳结构来保证，这是一个悬而未决的问题。

根据实验结果，原子核的稳定性并不随核子数的增加而均匀变化，而是在一定核尺寸的情况下，即。质子和中子数，原子核更加稳定，这些核子数被称为神奇数，因为其原因尚未完全了解。假设这些神奇核子数形成封闭的壳结构。

一个类似的悬而未决的问题是所谓的“异常内对生成”（正电子对的形成）现象，这种现象已在几个原子核的激发过程中被观察到[22 - 27]。

本文根据新的质子和中子模型来解决这些问题。根据质子和中子的新模型，原子核可以被认为是由从中子外壳分离的集体电子结合在一起的质子[ 28 ]。因此，中子对于稳定原子核非常重要。过量的中子会增加原子核的平均电子密度，在稳定高原子序数的原子核方面发挥着重要作用，当然还有它们的引力效应。

2. 原子核结构模型

在由质子和中子组成的原子核中，壳模型想象核子在具有特定能级的轨道上。能级可以根据激发实验的结果来确定。关于非常致密的原子核内核子的位移实际上意味着什么，这个问题仍然悬而未决。另一个有趣的问题是是什么导致了高能激发中检测到的巨大共振。戈德堡和泰勒通过质子和中子的偶极振荡解释了这一现象。后来，Harakecb 和 Van der Wounde 在类似的基础上讨论了原子核电巨偶极子的振荡。除了中子是中性这一事实之外，偶极子振荡还假设质子在非常致密的原子核中发生位移。

根据质子和中子的新模型[ 28 ]，夸克不是基本粒子，因为它们无法被单独探测到，而是仅以束缚态存在。与新模型相对应的是，夸克以及质子和中子是由真正稳定的基本粒子构成的。电子 (e − )、正电子 (e + ) 和中微子 (ν)。它们的复杂运动（壳层结构）形成了质子和中子中三夸克的三重结构。在图1中，仅绘制了质子和中子的最外层加载壳层。为了清楚起见，没有标出中微子轨道和内壳结构。

正如您所看到的，质子的外壳有两个正电子和一个带正电荷的电子，而中子有两个正电子和两个电子，因此它是满载的且带中性电荷。

当前接受的质子模型的缺点也突出了，即根据测量确定的质子尺寸值差异很大。De Rújula [ 29 ]的观点与上述模型的思想一致，他认为不同测量方法所确定的质子尺寸分散的原因在于评估时使用了不正确的质子内电荷分布。据他说，质子的内核是中性的。

中子的外层电子束缚非常松散，因为它在自由时会在几分钟内自发衰变，释放出一个电子和一个反中微子，使其成为带正电的质子（见图2）。

类似的事情发生在原子核内部，因为中子的外部电子被松散地束缚，并且在带正电的质子附近的电吸引力的影响下不再被认为是静止的。最简单的例子是氘核，它由一个质子和一个中子组成。

示意图中所示的电子壳层图 3 (a) 显示了两个质子之间较松散的键，而图 3 (b) 显示了最紧密的空间填充，其中共享电子在外部、最初未填充的质子能级上移动。

空间填充可以根据实验确定的核和核子尺寸来计算。对于小核，该值为 57%，近似于规则排列晶体材料的空间填​​充在 52% 到 75% 之间，这意味着在核子数较小的核和较大核的高密度核芯的情况下，图 3 (b)所示的排列更好地描述了质子的束缚。

如图3所示，氘核实际上可以被认为是由两个质子组成，两个质子通过烧焦的电子连接起来，类似于共价键。文献中已经知道这种复杂的六夸克的存在，研究表明两个三夸克结通过类似分子的键连接在一起，这对应于新模型。提供键合的平均电子密度为0.5/核子。

原子序数较高的原子核具有相似的结构。在相同数量的质子和中子（Z = N）的情况下，暴露的电子引起的电子密度仍然是0.5/核子。N = Z 核仅出现在小于具有 40 个核子的 Ca 核的核中。

在原子序数较高的原子核中，中子数相对于质子数逐渐增加（Z < N），但它们的比率永远不会增加到1.6/核子以上，因此离域电子的平均密度不超过0.61/核子。

假设即使原子核较大，核芯内的平均电子密度（来自中子脱离的电子）也仅为 0.5，但由于原子核表面积的增加，越来越多的质子被放置在核边缘。核，即。在其表面。为了克服位于原子核表面的带正电的质子（与原子核的结合较弱）的排斥效应，电子密度增加，形成一层近中性的核子或中子，称为中子皮。实验表明，原子核的密度高于形成核表面的带，该带呈中性电荷[30-36]。因此，原子核被带中性电荷的核子所包围，即，原子核被所谓的中子皮包围。

3 基于新核模型的已知现象解释

3.1. 巨大的共鸣

在高能激发的影响下，原子核中检测到了巨大的共振，这可以通过原子核中质子和中子的偶极振荡来解释。但原子核的密度较高，核子较大，且只有一个带电荷，另一个呈中性。根据上述核模型，相对容易移动的致密原子核中的集体化电子确实可以相对于构成原子核的带正电的质子发生极化。在高能激发的影响下，随着正中心和负中心的移动，可以发生真正的偶极子振荡，从而产生检测到的巨大共振。

3.2. 异常配对产生现象

当某些元素（例如4 He 和8 Be）被激发时，检测到电子 (e − ) 和正电子 (e + )的组合出射[22 - 27]。所得对 e − -e +对的能量等于原子核的激发能。

由于人们普遍认为夸克组成的质子和中子不含有电子和正电子，因此它们的“形成”只能通过引入新的相互作用来解释，这种现象被称为反常电子对生成。异常粒子对的产生可以通过假设粒子 X7 玻色子的形成来解释，并且该玻色子被认为会衰变成 e +和 e -。在重离子碰撞过程中也观察到了反常配对现象，并且也被视为在原子核激发过程中发生的过程。基于数学考虑，P. Kálmán、T. Keszthelyi 试图在不假设新粒子 X7 玻色子的情况下解释异常配对 [26 , 27]。

所描述的新核模型从一开始就假设核子（p，n）中存在正电子和电子，因为夸克被认为是由它们组成的。因此，在原子核的高能激发过程中，这些“容易移动”的粒子从原子核中喷射出来也就不足为奇了。根据新模型，不需要引入新的相互作用和新的玻色子。

原子核的激发能级可以很好地测量，反常配对时产生的电子-正电子对的总能量等于原子核的激发能，这也表明原子核激发时的能量并不大。核子本身（质子和中子）被激发到更高的能级，但原子核中或处于更高激发能的集体电子，以及位于原子核更深能级的正电子。

4. 原子核的空间填充

将核子视为刚性球体，估计了可容纳幻数核子的球体半径。

知道原子核的大小，将核子视为刚性球体，就可以确定它们的空间填充。

从以上数据可以确定原子核的空间填充，小原子核为 57%，大原子核为 34%。利用这些数据计算出包络球体的半径（ R ），以质子半径（ r）为单位，结果列于表1。

表 1显示，具有 16 个核子的氧 (O) 可以放置在半径R = 3.02 r的球体中，其中r代表核子半径。这大致意味着中心核子周围有 15 个第一邻居，因此第一层在氧的情况下是饱和的。就Ca而言，该值接近5r （ 4.86r ），这意味着下一层的形成和完成。

我们知道，对于 N > Z，内部的密度高于原子核表面附近的密度，因此上述估计仅是 Z = N 时的良好近似，即。钙（A = 40）。对于较大的原子核，基于平均空间填充很难说什么，但值得注意的是，对于稳定的 Sn 和 Pb，R = 6.99 r和R = 8.41 r分别，表明后续层的饱和。

值得回到四面体 He 4核的半径，根据测量确定的空间填充，该半径为 1.9 r fm。另一方面，半径为r的刚性球体四面体

只能装入半径为 2.2 r 的包络线中。由此可见，核子（或组成它们的夸克）之间的联系非常紧密，并且根据示意图图 3 (b)，键是由离域电子提供的。

这个想法并不与所谓的类夸克模型相矛盾，该模型认为原子核是夸克-胶子等离子体而不是核子[37 - 39]。根据新模型，由于夸克的结构，胶子的内聚作用由离域电子来表示。

5. 稳定核的结合能、几何形状和幻数

从周期表来看，不同元素的原子核中，有些元素比其他元素更稳定。就质子数而言，它们是：

2、8、20、28、50、82、126，即原子核He、O、Ca、Ni、Sn、Pb。

不知道为什么，它们被称为神奇数字。特别稳定的是中子数也是幻数的原子核，即。他们有一个双幻数。这些是平凡的原子核，其中质子和中子数相同 (Z = N)，即。He (2 + 2)、O (8 + 8)、Ca (20 + 20)。质子数为 82 的 Pb 也有一个双幻数，因为它有 126 个中子，即。它的质量数是208。

维格纳、戈珀特、梅耶尔通过核壳的填充，用神奇的数字解释了原子核的稳定性。他们认为，这是闭合核弹壳形成的时间。

同意幻数显示与测量的能级相对应的壳的载荷，在这里我们将尝试使用新模型给出说明性的几何解释。

根据所描述的模型，原子核被认为是由质子组成，质子由中子中分离的离域电子（当然还有万有引力）结合在一起。对于 (Z = N)，所得电子密度值为 0.5，而对于 (Z < N) 原子核，该值范围为 0.5 到 0.61。根据上述，无需根据核子的几何排列来区分质子和中子，即。他们的空间充满了。

与几何方面并行，值得监测原子核的结合能。为了便于比较，图 4中引用了在每个核上测量的众所周知的结合能值。

原子核的结合能随着表面/体积比的减小而增加，这对于球形来说是最小的。

在 4 个核子的情况下，即。He 4，四面体排列是最接近球形的。在 He 4原子核中，质子位于四面体的角上，并由与两个中子分开的两个电子保持在一起。这反映在高结合能的值上（参见图4）。

研究结合能的演化，可以理解，具有更大对称性的He 4具有比氘核高得多的结合能。

还可以理解的是，H 3和含有 3 个核子的 He 3原子核的结合能落在前两者之间，但令人惊讶的是，它们的结合能值如此接近，而 He 3含有两个排斥质子，而 H 3仅含有一个。当然，H 3具有较高的结合能，但差异很小，这引起人们注意几何排列（对称性）对于原子核的稳定性也起着非常重要的作用。两个原子核具有相同的对称性，其数量介于氘核和氦之间。

继续线路；He 4核中的额外核子会降低其对称性，这反映在结合能的降低上，尽管这些核的稳定性只能通过掺入多余的中子来补偿，即。通过增加平均电子密度。这些是 Li、Be 和 B 原子核，其中质子数与中子数不匹配。

进一步增加核子数量，参见C 12，O 16，我们再次得到近球对称的排列，这反映在能量值的增加上，并且不需要并入多余的中子，即。将一个核子的理想平均电子密度增加 0.5。C核的12个核子可以排列成近似球面的二十面体形式，因此它们的结合能比之前的核高，并且不含多余的中子。

为了更多地了解将质子和电子结合在一起的键类型，将包含 16 个核子的核的配位数与不同晶体结构的配位数进行了比较。

人们发现，具有 16 个核子的非常稳定的 O 核具有与由四面体构成的金刚石相同的配位数，其中每个碳原子都是另一个四面体的一部分，见图5。在O 16核中，另外三个在相同距离上最接近任意选择的核子，对应于He 4核子的四面体排列。这可以与团簇模型的想法同步，即原子核是由 He 4 α 粒子的四面体团簇组成。这种对应关系表明，核内确实存在共价键，即。它是类似分子的，但它的激发可以使用壳模型来描述。

六，结论

- 基于质子和中子的新模型，可以解释将原子核保持在一起的结合力。原子核由质子组成，质子通过中子中剥离的离域电子结合在一起。

- 理想的电子密度是 0.5/核子，但对于具有过量中子的大核，该值达到 0.61/核子，以便保留位于增加的表面积上的质子。原子核表面的电子密度增加，形成一个接近中性的带电层，称为中子皮。

- 如果原子核的形状与球形有很大不同，即使在小原子核的情况下，掺入过量的中子也是必要的，因为在这种情况下，只有增加的平均电子密度才能确保原子核的稳定性。

- 核子的空间排列对于原子核的稳定性起着非常重要的作用，这体现在结合能值上。

- 由于对原子核中形成的键类型的分析，将原子核幻数的配位数与已知晶体结构的配位数进行了比较，并且它们可以与由四面体组成的金刚石的配位数相关联。

- 原子核被认为由分子状四面体 He α 簇组成。可以使用壳层模型讨论激发期间α团簇电子壳层的结构变化。