原子核结构

原子核结构 众多带正电的质子，是如何实现原子核结构稳定的？

简单地说，因为还有中子（原子核是由质子和中子组成的）。

复杂点说，是因为夸克之间的强相互作用（质子和中子都是由夸克组成的）。

质子由两个上夸克（图中的u）和一个下夸克（图中的d）组成，中子由一个上夸克两个下夸克组成，上夸克带+2/3电荷，下夸克带-1/3电荷，所以质子带+1电荷，中子带0电荷（也就是电中性），质子之间的排斥根本上是夸克之间的电磁力。

如果夸克之间只有电磁力（通过传递光子实现），那么连质子本身都是不稳定的，更不要提原子核了。

但幸运的是夸克之间还有强力（通过传递胶子来实现），其强度是电磁力的137倍（质子尺度上），强力使得三个夸克牢牢地捆绑在一起，基本无视它们之间的电磁力，保证了质子和中子的稳定。

当一堆质子和中子靠的很近时，它们的夸克之间也会有强力把彼此捆绑在一起，保证了原子核的稳定性。

不过这种强力是夸克组成质子和中子之后“剩余的”，强度会打一些折扣，当质子数很多时，就和电磁力相当了，这也是一些质子数多的原子核不稳定的原因。

一个有趣现象是除了氢和氦原子核，其它原子核的中子数都要多于质子数，就是因为中子电中性，但是强力还在，有助于抵消质子之间的斥力。

这个问题，“夸克-胶子”说，似乎牵强附会，尚不能让人释然。

我的意见是：微观机制有待进一步探究，不妨以唯象法做些分析。

一，预备的几个概念。

①原子结构内的，叫约束电子、约束质子、约束中子。

②原子结构外的，叫自由电子e、自由质子p、自由中子n。

③质子内的三夸克uud，简称高能正电子e+。

④中子内的三夸克udd，简称高能负电子e-。

⑤夸克之间的玻色子，简称胶子或π介子。

二，氢原子的稳定性涉及中子数。

氢原子有三种同位素。

①氕=1个约束e+1个约束p。

常规环境下，氕原子很稳定，或因核外e与核内e+的电磁互动。

特殊环境下，氕分解为自由e与自由p，作为极其稳定的等离子体之亚原子。

②氘=1个约束e+1个约束p+1个约束n。

氘原子存量少，可以核聚变，不稳定。

显然是不稳定的中子所为。

自然界不存在自由中子。

因为它从原子核释放出来很快分解：n→p+e+v。

说明中子内的高能e-很不稳定，或因中微子v是最强的离间者。

③氚=1个约束e+1个约束p+2个约束n。

氚原子存量少，更易核聚变，更不稳定。

可见中子数在原子核中的占比与原子核的稳定性成正比。

三，元素的放射性涉及中子数占比。

放射性元素原子核的中子数占比皆偏高。

非放射性元素的中子数占比偏低。

例如：氧=8个约束e+8个约束p+8个约束n。

常规环境下的氧原子很稳定，估计是质子内的高能电子e+与中子内的高能电子e-之间的比较对称的电磁互动。

四，原子核的稳定性涉及核外电子。

核外电子e以电子云方式笼罩整个原子核，与原子核质子中的e+，在原子内空间有强库仑力。

如果没有电子云笼罩效应，裸露的原子核就很不稳定。

通常，自然界不存在游离的非化合态的钠离子与氧离子。

因此，原子核的稳定性还取决于核外电子云的笼罩效应。

五，原子核的稳定性涉及外界环境。

原子核稳定性是在地球大气层语境下所讨论。

如果在深太空的超真空环境下，由于熵增加红移效应，核外电子必将受到原子外空间真空场浓度扩散效应的强作用。

约束电子会很快变成自由电子，裸露的原子核也会纷纷解体，变成自由质子、自由电子、自由中微子。

综上，原子核的稳定性涉及三要素：①原子核的中子数占比。

②核外电子云的笼罩效应。

③外界环境的真空度。