論文專著：

發表學術論文多篇，出版著作1部。

出版專著：

《旋渦里的宇宙》袁玉剛 甘肅科技出版社 2008年

發表中文論文：

1． 鴨兒峽油田深抽技術配套與完善 袁玉剛 甘肅玉門 【期刊】鉆采工藝 1993-07-02

2． 玉門油田改善二次采油配套技術應用現狀及下步攻關方向袁玉剛 景士宏 趙金輝 左曉紅 【會議】玉門油田分公司 2002

3． 幻數——完美的旋臂對稱平衡的反映 袁玉剛 玉門油田分公司 【期刊】科學中國人 2011年-01-15

4． 原子殼層結構的改進與完善 袁玉剛 玉門油田分公司 【期刊】科學中國人 2010-06-15

5． 深部裂縫型油藏油層處理之淺 袁玉剛 玉門油田分公司開發事業部

資料更新中…… 

論文講解：

原子殼層結構的改進與完善

 

經過幾代科學家的共同努力，原子的殼層結構已經被大家接受和熟悉。然而，仍然存在一些問題需要解決。本文提出一種新的原子殼層結構，意圖完善舊的殼層理論，更好地揭示原子的真相，解釋原子的性質和實驗結果。

 

1、元素周期律與核外電子的排列

1869年，俄羅斯科學家門捷列夫把元素的原子量排成行列，發現元素的物理性質和化學性質呈現周期性的重復。從而發現了元素周期律。1871年，門捷列夫發表了沿用至今的元素周期表，只是現在使用的周期表是按元素的核電荷數而不是按原子量排列的。

 

2、原子核殼層結構與核子的排列

鑒于元素周期性的事實，物理學家們采用類似于電子殼層結構的概念，假定原子核為具有殼層結構的球形（原子光譜的細節確實表明許多原子核的電荷分布呈橢球對稱）、粒子相對獨立并不相互碰撞、遵從泡利原理，建立了核的殼層結構理論。20世紀40年代末，美籍德國人邁耶夫人（M．G．Mayer）發現了穩定原子核中的幻數規律，即中子數或質子數為 2，8，20，28，50，82，126時原子核具有特殊的穩定性，質子數和中子數均為幻數（雙幻數）時尤其穩定。當原子核中的質子或中子數是幻數時，它們就正好填滿一個完整封閉的殼層。當質子和中子均正好填滿某一殼層時，就成為所謂的雙幻數核。每個幻數表示每一殼層所能容納的最大質子或中子數。在此基礎上，邁耶夫人和另一位德國科學家簡森（J．D．Jensen）在勢阱中加入了自旋—軌道耦合項，成功地解釋了幻數，并且計算出了與實驗正好相符的結果，發展了原子核的殼層結構模型。

 

3、核內外粒子排列的矛盾和問題

元素周期律較好地反映了元素的性質與原子核外電子排布的關系，正確地解釋了許多自然現象。原子核殼層結構模型也成功地解釋了幻數和磁矩等基本性質，獲得了諾貝爾獎。但是，影響原子性質的不只是核外電子和核內質子的多少或如何排布，還有核內中子的多少和如何排布。只考慮質子、電子不考慮中子顯然是不全面的。

3.1核外電子殼層為什么大都未排滿？

電子殼層允許的最大電子數為2、8、18、32、50、72、98，最大電子總數為2、10、28、60、110、182、280，元素周期表從第三周期開始，為什么就沒有排滿呢？為什么電子會違反能量最低原理而先進入外殼層呢？為什么外殼層的能級反而比內殼層的要小呢？理論預言最大電子總數為280，實際上只發現了92（鈾），制造出了116（Uuh）。為什么差了這么多？

3.2核子殼層為什么與核外電子殼層不對應？

原子核的殼層結構模型確定了四個質子層，與核外電子的排列矛盾。為什么核內的質子排列與核外的電子的排列就不能一一對應呢？難道電子是隨意排列的嗎？為什么幻數理論預言的298（114，184）雙幻數核至今未找到呢？

 

4、原子殼層結構的改進與統一

為解答上述疑難問題，將原子殼層結構內外協調、統一起來，我提出了旋渦模型。假設原子是一個太空旋渦。原子核居于旋渦中心（核中心有黑洞），電子居于旋渦外圍的赤道兩側，光子處于旋渦的邊緣。原子旋渦力決定了核內核子數即質量數的大小，也決定了核外電子層的多少，當然也決定了原子的性質。核子數及其位置與核外電子數及其位置是一一對應的。核內某個位置有一個中子，核外某個位置就一定沒有電子。核內某個位置有一個質子，核外某個位置就一定有一個電子。如果核內某個位置有一個質子，而核外某個位置沒有電子，就缺失了一個電子，就有一個空穴，就能夠吸引其它高勢能的電子或者原子外的電子來充填。

 

核子和電子都遵守泡利不相容原理、能量最低原理和洪特規則排列在殼層里的旋臂上。旋臂是分叉的，一條旋臂進入新的殼層就一分為二。叉數等于所在殼層的2的殼層次方。核內旋臂分叉很難測試，邁耶夫人所謂的能級劈裂可以看作旋臂的分裂。核內核外都是四個殼層，每個殼層的厚度或者小殼層數等于所在殼層的2的殼層次方。

 

在傳統的原子模型中，原子呈球形，電子在球殼上運動。并且規定相臨的兩個同層電子必須旋向相反，運動方向相反，這樣才能解釋原子的自旋磁矩為零的現實。在我的原子旋渦模型中，不需要這樣的規定。粒子都應該服從原子旋渦的安排，朝著同一個方向旋轉，與太陽系行星的運動一樣。但是，粒子一進入原子旋渦就被迅速的兩極分化了。旋渦力像繒把經線一分為二一樣把四維旋渦里的物質一分為二兩極化，越近核心，分化越嚴重。不管是核子還是電子概不例外。當然，先后進入的同殼層相臨的兩個粒子一南一北，或者說一上一下、一左一右。事實上，如果透過原子從N極向S極看，電子的運動方向都是右旋。但是，如果從赤道上看，電子的運動方向就是N極右旋、S極左旋了。

 

因為小殼層里依然還有更小的殼層，粒子在自己的小小殼層里做變速圓周運動，不會相互碰撞。旋渦理論認為核子最多只能有340個，質子不超過170個，即核外電子數不超過170。（小殼層的厚度并不相等，為方便計算，依然認為小殼層的厚度是相等的）。核內質子與核外電子的殼層及位置都一一對應，核子從外向里排列，電子從里向外排列。只要知道了核外電子的位置，就可以判斷出核內對應質子的位置。既然核外電子的位置越向外能級越高，相對應的核內質子的位置就越向里能級越高。

 

這樣，殼層里的核子等于或者小于4的殼層次方。于是，元素周期表的第一、第二周期不變，第三、第四周期成為原子周期表的第三周期（分別為第1、2小殼層；3、4、5、6、7、8小殼層）；元素周期表的第五、第六和第七周期成為原子周期表的第四周期（分別為第1、2、3小殼層；4、5、6、7、8小殼層；9以及以后的小殼層）。

 

5、解釋原子實驗現象

5．1為什么鎵的有效核電荷數較低？

Li、Na、Rb的有效核電荷數較低是因為它們都位于新周期的開始處。元素周期率也能夠解釋清楚。那么，鎵的有效核電荷數為什么也較低呢？元素周期率不好解釋。我的解釋是，因為鎵位于原子周期第三殼層的第七小殼層的開始處，所以，應該和K、Cs一樣，有效核電荷數較低。

5．2為什么錳、锝、錸的原子半徑突然變大，電負性突然變�。�

因為它們處于新的小周期的開始處。

5．3為什么天然放射性元素的衰變要到鉛才能穩定呢？

因為鉛196居于第四殼層第七小殼層最后，已經具有了滿殼層優勢。增加一些核子就會改變原來的核子分布和滿殼層穩定優勢。天然放射性元素的核子數都大于鉛196，性質不穩定，要放射出一些核子。在元素周期律里是看不到鉛的滿殼層優勢的，科學家們只能用幻數解釋。

5．4為什么原子核表面中子多？

因為中子比質子重，應該占據低能級小殼層。一旦增加了中子，就會把質子擠向高能級小殼層。所以，原子核表面中子多。

 

利用旋渦理論，遵從泡利不相容原理、能量最小原理和洪特規則，按原子核中的核子總數或原子量重排周期表。原子周期表只有四個周期。將元素周期表的第三、第四周期合并為第三周期（分別為第1、2小殼層；3、4、5、6、7、8小殼層）；元素周期表的第五、第六和第七周期合并為第四周期（分別為第1、2、3小殼層；4、5、6、7、8小殼層；9以及以后的小殼層）。需要特別指出：原子核內的核子的排列與核外電子的排列相似，都是越向里越密，越向外越稀。但由于原子核內外的殼層是對應的，所以，規定核子層號與電子層號剛好相反。同一圈層的粒子數是不變的，如果電子進入了原子核，那么，核外的電子數就減少了。

 

在原子核內，從外向里，規定依次是第一殼層、第二殼層、第三殼層、第四殼層。在原子核外，從里向外，規定依次是第一殼層、第二殼層、第三殼層、第四殼層。核子和電子都優先占據第一殼層。

 

第一殼層：有兩個旋臂，兩個小殼層，最多可以容納四個核子，最多只能容納兩對質子—電子。由此組合出包括氫、氦兩個元素的五種原子。

 

第二殼層：有四個旋臂，四個小殼層，最多可以容納十六個核子，最多可以具有八對質子—電子，包括鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖八個元素的幾十種原子。

 

第三殼層：有八個旋臂，八個小殼層，最多可以容納六十四個核子，最多能容納三十二對質子—電子，包括鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯、氬、鉀、鈣……溴、氪三十二個元素的幾百種原子。目前只發現二十六個元素，還有六個沒有被發現。

 

第四殼層：有十六個旋臂，十六個小殼層，最多可以容納二百五十六個核子，最多能容納一百二十八對質子—電子，包括銣以后所有元素的幾百種原子。

 

用公式表達為：Y＝∑4n （1）式中：Y——核子總數，n——殼層數1～4。X≤0．5∑4n（2）X——質子—電子對最大數。

 

具有一個殼層的原子，質子—電子對最多只能有兩個，核子總數最多只能有四個。具有兩個殼層的原子，質子—電子對最多只能有十個，核子總數最多只能有二十個。具有三個殼層的原子，質子—電子對最多只能有四十二個，核子總數最多只能有八十四個。具有四個殼層的原子，質子—電子對最多只能有一百七十個，核子總數最多只能有三百四十個。從目前情況來看，地球上的原子還沒有超過四個殼層的。

 

文章來源：《科學中國人》作者：袁玉剛 2010年第六期