匀多面体与原子核结构的内在联系

陶学承

摘要：世界万物仅由94种天然元素构建，元素原子都由质子、中子等粒子构建;数学王国中，万千多面体只有五种顶点、面、棱在空间均匀分布的正多面体。这理化现实与数学现实有无内在联系？本人潜心研究了60年，推导出了原子核内质子和中子按匀多面体模型堆垒，呈现周期律的内在联系。

关键词：匀多面体;质子中子排布规律;核图谱

宇宙恒大，物种亿计，构成它们的元素仅天然存在的94种，严格来说只有92种（第93、94号元素地球上仅发现痕量）。人工合成24种且都不稳定，易衰变为天然元素。合成越是接近第118号，产品仅几个原子，瞬间即逝。

数学王国也有一奇，万千多面体中，只有区区5种顶点、棱和面分布最均匀的正四、正六、正八、正十二、正二十面体。（60年前笔者有幸从初中数学课本中获悉，并倾一生精力探究）。时至1961年学高中化学触及原子结构、元素周期律，并把它们联系起来思考，这两种现象有没有必然的联系？现终于冰山露出了一角：有限的空间匀堆垒模式，决定了原子核中粒子均匀排布的规律，原子结构、元素周期排布都遵守数学空间匀体点的均匀分布规律。

一、匀体简介

（1）匀4—正四面体。

（2）匀6—正八面体。

（3）匀8—正六面体。

（4）匀12—正二十面體。

（5）匀20—正十二面体。

（6）亚12—匀6或匀8截角形成的同形状子体。

（7）亚30—匀12或匀20截角形成的同形状子体。

（8）季5—两匀4底面重合构成的多面体。

（9）季7—两个棱长和底面边长相等的正五棱锥底面重合生成的多面体。

二、匀体相关数据

三、匀体结构特点和性质

四、匀体堆垒保匀最佳方式

（一）匀体同心层状堆叠保匀组合

（1）三种点面亲和方式（互偶）。甲、乙匀体顶点均位于对方过面中心的辐射线上。

①匀4自偶②匀6、匀8互偶③匀12、匀20互偶

（2）匀体同心垒合时，点、棱亲合保匀方式（母体与子体）。乙方顶点位于过甲方棱中点的中心辐射线上。乙方顶点位于甲方顶点之间起屏蔽和隔离作用，达到匀体各自内部匀，对对方影响作用匀的双匀。

①匀4与匀6（匀6也可看作是匀4的截角子体）。

②匀6、匀8与它们的截角子体亚12。

③匀12、匀20与它们的截角子体亚30。

（3）多层混合堆垒。各匀体层间精准配位维系亲合堆垒模式。

（二）匀4和匀6金字塔式多层次堆垒的可行性

每4个棱长是a的匀4与一个棱长是a的匀6，可如图堆垒成一个棱长为2a的匀4。反之，一个大的匀4可分解成二分之一棱长的4个小匀4和一个二分之一棱长的匀6。此堆垒或拆分在可能的情况下，可多次进行。

五、原子核质子、中子排布的规律

根据质子带正电荷，中子不带电的现实，在原子核狭小空间里，克服质子间的电斥力，加强粒子间引力则是中子的主要功能。参考上述匀体堆垒保匀特点，结合差能原理，均衡是事物稳定存在的必要条件，把质子和中子在核内的排布作出最佳保匀安排，总结出如下规律：

（1）原子核质子和中子各按匀体规则分层排布;自身粒子间相互作用均匀;

（2）邻层能亲密性垒合，层间相互作用均匀;

（3）整个核以最简最稳匀4为蓝图，中心匀6和四个角锥有序堆垒，捕获质子和中子由匀6中心大厅转移至4个安全小锥稳定留存;并按匀4加层属性逐步内调整，由单层向多层发展;

（4）各层质子和中子质量分布必须均匀，确保核内部凝聚引力均匀，中子在质子之间均匀地提供自身引力、增补质子间引力的作用，同时起静电屏蔽作用，减弱质子电斥力（打架的和劝架的各自匀称分布站稳脚跟）;

（5）匀4中心的匀6，是相对宽松空间和易开闭的门窗，是粒子打进或逃逸的通道（友好地说是迎客和送客厅）;

（6）由于匀体多种组合方式，构建非唯一性，会有多种稳定同位素存在的现象，不稳定同位素受差能定律支配也终将解体;

（7）各层粒子遵循尽可能稳中求大排足、兼顾总体层间和谐原则，最终实现每个顶点质子，与最近顶点质子距离相等、与次近质子距离相等、与第三近……。即层内质子“待遇”全同。中子层也须如此。质子层中子层小家庭稳定，大家庭和谐，是元素稳定的前提。

六、原子核大厦数学模型（以92号元素U238为例）

七、天然存在元素的核结构图谱

本人对前辈们研究与实践得出的天然元素中丰度最大，半衰期最长的元素（依据原子能出版社1977年8月版《核素常见数据表》的数据）进行原子核结构试排，得到如下图谱：

（1～94号元素原子核图谱）（详见附册）。

八、核图谱与元素周期律

核图谱从最简元素氢的原子核出发，依次递增一个质子，按匀4原子核大厦蓝图，先中心厅集结，然后将质子中子客人组织批次，均衡安排进角锥、黄金屋留存，最后超过接收能力的粒子，大厅临时收留待其在原子衰变时逸出。

排图过程呈现与元素周期表高度吻合现象。发现原子核质子中子的匀性堆垒过程是元素周期律的成因。

九、核谱图为元素的特性与核结构的关系探究提供了另一条思路

核谱图中，对元素的特性与结构的关系比较明显的，作了尝试性的批注。仅举几例，如：

8号元素处：两组匀4匀4亲和，氧原子具有很强的稳定性，一经生成，转变成其他原子的可能性较小，只增难减，所以氧元素在地球上的含量最多。