质子和中子的质量比是不同的,当它们自由时还是当它们被束缚在原子核内时?

时间:2021-07-30 09:52:08   作者:
原则上,当质子与中子被束缚在原子核中时,它们的质量比可能会有所不同。如果每个核键“消耗”相同比例的核子(质子和中子),那么只有当每个核子上的键数相同时,才能达到相同的比例,例如,氘原子中的键数为一比一- p <=>N。

中子是结合粒子,只有它们才能结合质子。每个中子可以绑定更多的质子,例如氦- 3,一个中子绑定两个质子P<=>N<=>P,三个核子的两个核键也是这样;中子有两个交叉点,而每个质子只有一个交叉点。当每一个核子与另一个核子融合,或每一个核子相互渗透时,交点上的核子的一部分必须离开。这些部分构成了合成核子的大量缺陷。然而,这些部分不能再作为物质的一部分存在,因此在已知的携带能量的其他物理状态中改变。因此,有一种通俗的说法,即质量缺陷在能量上发生变化。在核聚变过程中,这些被切割的核子为更大的结合区域提供了空间,因此,为了不只是通过一个点连接,就产生了附着区域。在氘中,质子和中子都只有一个交集,这意味着质量比保持不变,因为质子和中子的相同部分消失了,质子和中子一起消失了。然而,对于氦- 3和其他原子核来说,就不是这样了。

氦- 4原子的原子核包含两个质子和两个中子,这使得每个质子被束缚两次,一次与一个中子结合,另一次也与第二个中子结合。因此,每个质子被切断了两次相互穿透,为更大的连接区域创造了空间,因此,这些质子被切断部分的比例是氘的两倍。根据《物理学中粒子起源问题的解答》一书的相关图表,每个中子都有两个交叉点被切断,为与质子的化学键腾出空间,甚至第三个交叉点也被切断,因为是中子与中子的化学键。因此,氦- 4原子中质子质量和中子质量之间的质量速率与氘原子以及自由原子的质量速率必然不同。

质子和中子的质量比是不同的,当它们自由时还是当它们被束缚在原子核内时?

中子的表面由电荷组成,这些电荷的数量称为量子,覆盖了中子-核子的内部(电荷是表面性质,如果是内部,我们就不会记录它)。电能的表面量子控制着核的结合。也就是说,虽然它们一起使中子的净电荷等于零,但这些电荷仍然在近距离工作,因为存在核聚变,产生非常强的结合,当核子进入接触,由于极端的压力。这意味着中子可以同时提供正电荷和负电荷来形成化学键,然而,它们在量子水平上运行。在物理上,量子电荷之间的短路接触形成了核键。因此,在电方面,中子是普遍的结合粒子,它们甚至可以在彼此之间形成键。根据相关的图表,每个中子与两个质子相互结合,因此每个中子有三个核键,每个质子有两个核键,所以有五个核键。由于每个核键都要消耗一部分核子质量亏损(转化为能量——核能),很明显,质子和中子的质量从一个原子核变化到另一个原子核,这使得化学元素中原子的质量小于单个核子和电子的质量之和。

例如:氦- 3的原子质量是3.016029个原子单位,当重新计算能量(E=mc^2),那么2809.4 MeV/c^2 = 2809.4 MeV(我将只用MeV代替MeV/c^2,为了简化,我不涉及电子)。

既然质子的质量是1.672622 × 10^-27千克,那么能量是938.27 MeV,中子是939.57 MeV

能量的产生为[2 x 938.27 + 939.57] - 2809.4 = 6.71 MeV。

氦- 4的质量是4.002603个原子单位,所以能量是3728.4 MeV。核能的生产(按能量计算的质量赤字)是

[2 x 938.27 + 2 x 939.57] - 3728.4 = 27.3 MeV。

这意味着氦- 3中的一个核键能产生6.71/2= 3.36 MeV的能量,这也与键的强度有关。

氦- 4原子核中的一个核键产生27.3 /5 = 5.6 MeV。

因此,即使不是每个核键都产生相同的能量,这是合乎逻辑的。也就是说,中子和质子之间的短路连接是单向键(从质子的正极到中子的负极)。然而,中子和中子的核键是双向结合的,因为一个中子的一些正电荷连接到另一个中子的负电荷,另一个中子的正电荷连接到第一个中子的负电荷。

此外,质子之间的排斥力是在它们之间的距离减少和它们之间没有分离,因为中子的内部使它也作为一个缓冲质子之间的正电荷。

在氦- 3原子核产生的时候,我用了近似值计算出了6.71 MeV的能量,而忽略了构成原子质量的电子质量。但是官方给出的是7.718 MeV的亏损,这意味着一个核子的平均能量是(7.718/3 =)2.573 MeV。

氦- 4是28 MeV,原子核是(28/4=)7 MeV。

当考虑到核子的熔断(相互穿透的部分被推出)所产生的能量时,很明显,氦-4比氦- 3(7>2.573)更稳定。这就是为什么氦- 4在自然界中比氦- 3更常见。

虽然我们的中子中子债券氦- 4,仍然中子中子债券不应该创建以来核共同债券等的生产其他化学元素的原子核在恒星的核心(融合)中子不战胜质子(氢燃料主要是质子,以及会在那里产生的中子)。但是原子核中中子比质子多会使它们更稳定,因为化学键更强。无论如何,聚变(原子核)的产物有许多不同,因此,核修正可以运行,以创造更强的键,因此,得到额外的质量赤字,无论核裂变中的核能。
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