熱力學(xué)第四定律及其微觀（粒子）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的結(jié)果是自然界中的一條基本定律

熱力學(xué)第四定律及其微觀（粒子）統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的結(jié)果是自然界中的一條基本定律陳有恒（中國(guó)管理科學(xué)研究院思維科學(xué)研究所廣東海南分所，廣東省湛江市赤坎區(qū)大通街48號(hào)，524035）張子苑（惠東高級(jí)中學(xué)，廣東省惠東縣大嶺山區(qū)，516003）摘要由射線能譜中所觀測(cè)的、和衰變以及核素的三種獨(dú)立存在的同質(zhì)異能激發(fā)態(tài)的衰變、和的結(jié)果都符合熱力學(xué)第四定律及其熱力學(xué)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。還討論了放射源所發(fā)生的衰變和自發(fā)裂變SF的特殊現(xiàn)象。有關(guān)實(shí)驗(yàn)所采取的放射源樣品是含有兩種不同成分的具有各自獨(dú)立能態(tài)的同質(zhì)異能核素。一種是g態(tài)（最低能態(tài)）的同位素（含量為，衰變的半衰期），另一種是m態(tài)（激發(fā)態(tài)）（含量為，自發(fā)裂變SF半衰期），它們所發(fā)生的衰變事件和自發(fā)裂變SF事件也是各自獨(dú)立和互不相干的。關(guān)鍵詞：熱力學(xué)第四定律統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)麥克斯韋分布尾部函數(shù)射線能譜核衰變自發(fā)裂變SF文獻(xiàn)[1]給出在一個(gè)滿足麥克斯韋分布的熱力學(xué)平衡體系內(nèi)，當(dāng)麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)為時(shí)，（其中B為結(jié)合能或發(fā)射能，kT為熱力學(xué)系統(tǒng)的溫度動(dòng)能），這時(shí)熱力學(xué)平衡體系內(nèi)的反應(yīng)平衡常數(shù)，熱力學(xué)平衡體系中的反應(yīng)產(chǎn)額（幾率或分支比）為應(yīng)用射線能譜學(xué)進(jìn)行檢驗(yàn)由于射線能譜的特征，是完全由核反應(yīng)或衰變過(guò)程中所發(fā)生的關(guān)聯(lián)事件所決定的。而構(gòu)成能譜的最重要特征是有同質(zhì)異能躍遷（IT）的發(fā)生。即有發(fā)射輻射的躍遷和發(fā)生電子俘獲EC、和的躍遷。而核的同質(zhì)異能態(tài)僅在于它是一個(gè)獨(dú)立存在的激發(fā)態(tài)，如果核反應(yīng)或衰變所發(fā)生的躍遷或是瞬發(fā)的，那么就可能觀測(cè)到躍遷和躍遷事件（聯(lián)級(jí)事件）的加和，即觀測(cè)到能譜中出現(xiàn)有加和峰（全能峰）。如果兩個(gè)躍遷不是級(jí)聯(lián)事件，那么久不可能觀測(cè)到加和峰（全能峰）。的核衰變文獻(xiàn)[2]給出的衰變綱圖圖一.衰變綱圖（摘自參考文獻(xiàn)[2]）由衰變綱圖有由核衰變（1）式可以看出，由于所發(fā)生的躍遷和躍遷是同一個(gè)級(jí)聯(lián)事件，因此可觀測(cè)到全能峰（加和峰）的發(fā)射。而對(duì)于核衰變（2）式的躍遷和躍遷是不同的兩個(gè)級(jí)聯(lián)事件，因此觀測(cè)到的逃逸峰和的發(fā)射峰。由核衰變（2）式，有它是發(fā)生躍遷的結(jié)合能。而兩個(gè)躍遷的總能量而兩個(gè)躍遷的總能量是核從激發(fā)態(tài)（m態(tài)）回復(fù)到基態(tài)（g態(tài)）的發(fā)射能量，因而也是激發(fā)態(tài)核的溫度動(dòng)能這時(shí)麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)有產(chǎn)額與觀測(cè)結(jié)果（綱圖）中的93.5%的絕對(duì)誤差僅為93.5%-92.82%=0.68%（在1%以內(nèi)）其余的產(chǎn)額為為發(fā)射而回復(fù)到基態(tài)的產(chǎn)額，與觀測(cè)結(jié)果（綱圖）中的6.5%的絕對(duì)誤差為6.5%-7.18%=-0.68%（也在1%以內(nèi)）的衰變圖二.衰變綱圖。（摘自參考文獻(xiàn)[2]）由衰變綱圖有由于電子俘獲能量，有從衰變綱圖中發(fā)現(xiàn)，有發(fā)射的射線，那么電子俘獲Ec（衰變）的結(jié)合能，而衰變反應(yīng)能（激發(fā)能），電子俘獲Ec結(jié)合能Ec=0.511Mev，因此的動(dòng)能（溫度動(dòng)能）麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)衰變產(chǎn)額與觀測(cè)結(jié)果（衰變綱圖）給出的89.7%的絕對(duì)誤差為89.96%-89.7%=0.26%而其余發(fā)生發(fā)射的產(chǎn)額為與衰變綱圖所給出的觀測(cè)結(jié)果10.3%相符得很好。放射源的衰變文獻(xiàn)[2]給出放射源衰變綱圖圖三.衰變綱圖.（摘自參考文獻(xiàn)[2]）文獻(xiàn)[3]給出放射源發(fā)生衰變半衰期t=5.271年，發(fā)生衰變（100%），并釋放出射線和射線，衰變方程為因而有由核衰變綱圖可以看出，衰變核在發(fā)射的粒子及發(fā)射輻射后而去激化回復(fù)到基態(tài)，因而衰變核的溫度動(dòng)能發(fā)射粒子（0.3183）的能量為結(jié)合能有麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)有發(fā)生衰變產(chǎn)額而未發(fā)生衰變而發(fā)射輻射去激化回復(fù)到基態(tài)的產(chǎn)額為這與文獻(xiàn)[2]給出的觀測(cè)（衰變綱圖）結(jié)果發(fā)生衰變產(chǎn)額的絕對(duì)誤差僅為99.258%-99%=0.258%（在1%以內(nèi)），相符得很好。由核素的三種放射性衰變進(jìn)行檢驗(yàn)核素是一種特殊的放射性同位素，主要是它的天然成分中含有三種能獨(dú)立存在的同質(zhì)異能激發(fā)態(tài)，因而存在著三種不同的衰變方式。文獻(xiàn)[3]給出它的三種衰變方式為在發(fā)生第一種衰變中，由于衰變產(chǎn)額（分支比）有解x=1.91而反應(yīng)能根據(jù)反應(yīng)能（激發(fā)能）等于結(jié)合能B與核素的溫度動(dòng)能kT之和，即有，又根據(jù)麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)，因此有，把及x=1.91值代入上式，有衰變核的溫度動(dòng)能而對(duì)于發(fā)生在第二種39%的衰變中，衰變產(chǎn)額（分支比）為有解x=2.06根據(jù)麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)，把kT=0.5725Mev及x=2.06代入上式，可求出結(jié)合能又根據(jù)反應(yīng)能（或激發(fā)能）等于結(jié)合能B和溫度動(dòng)能kT之和，有由發(fā)生衰變（2）式，有即有有的盈余質(zhì)量，而處于基態(tài)（g態(tài)）的的盈余質(zhì)量，同質(zhì)異能能量差對(duì)于發(fā)生在第三種18%的衰變中，衰變產(chǎn)額（分支比）有解x=3.14，發(fā)生衰變的結(jié)合能反應(yīng)能（或激發(fā)能）由發(fā)生衰變（3）式，有即有有解，它是同質(zhì)異能核素的盈余能量，而處于基態(tài)（g態(tài)）的同質(zhì)異能核素的盈余質(zhì)量，能量相差最后我們得到在核反應(yīng)或衰變過(guò)程中，隨著反應(yīng)能Q（或激發(fā)能）的增加，反應(yīng)或衰變的產(chǎn)額（或分支比）呈減少趨勢(shì)。即反應(yīng)能（或激發(fā)能）由、到依次遞增時(shí)，反應(yīng)式衰變產(chǎn)額（分支比）由，到依次遞減。而結(jié)合能也依次遞增，和，核結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也依次遞增。發(fā)現(xiàn)核素發(fā)生自發(fā)裂變SF的特殊現(xiàn)象自上世紀(jì)五十年代以來(lái)，人們對(duì)核素的自發(fā)裂變SF進(jìn)行了深入的研究，由于采用了當(dāng)時(shí)的一系列先進(jìn)探測(cè)技術(shù)，如Ge（Li）能譜法等，使自發(fā)裂變產(chǎn)額的測(cè)量工作成為了可能。到目前為止已有相當(dāng)多的測(cè)量和編評(píng)的核譜學(xué)數(shù)據(jù)的發(fā)表[4]，[5]，[6]，[7]，[8]，[9]等。文獻(xiàn)[3]給出核素可發(fā)生97%的衰變和3%的自發(fā)裂變SF。但從最新的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[10]，在過(guò)去所制備的裂變?cè)礃悠分校袃煞N不同能態(tài)的同質(zhì)異能核素。一種是g態(tài)（最低能態(tài)或基態(tài)），它可發(fā)生衰變，半衰期；而另一種是激發(fā)態(tài)m態(tài)，它可發(fā)生自發(fā)裂變SF，半衰期.在所制備的實(shí)驗(yàn)樣品中，g態(tài)同質(zhì)異能核素的含量為96.9%，而激發(fā)態(tài)m態(tài)的含量為3.1%，由于它們是兩種具有不同半衰期和的同質(zhì)異能核素，是具有各自獨(dú)立能態(tài)的同位素，因而它們各自所發(fā)生的衰變事件和自發(fā)裂變SF事件也是各自獨(dú)立和互不相干的，我們應(yīng)當(dāng)把它們分開來(lái)處理。下表是的衰變特征（摘自參考文獻(xiàn)[10]）射線SF裂變總和比活度衰變率半衰期衰變熱現(xiàn)在我們利用上表所給出的衰變熱和關(guān)于自發(fā)裂變SF的裂變率來(lái)求出每個(gè)自發(fā)裂變的結(jié)合能B由于原子量A=252g，為每數(shù)，由于每含有個(gè)原子（或核子），因此每g的核子數(shù)由于自發(fā)裂變SF的裂變率為，裂變熱為，有每次（每個(gè)）裂變釋放出的結(jié)合能（裂變熱）為也就是每個(gè)激發(fā)態(tài)自發(fā)裂變SF所釋放出的結(jié)合能，根據(jù)文獻(xiàn)[4-9]所給出的一組絕對(duì)裂變率最大的數(shù)據(jù)：發(fā)生有：文獻(xiàn)[1]給出庫(kù)侖勢(shì)：，其中核半徑常數(shù)，電荷靜電單位，有核素庫(kù)侖勢(shì)U（103，252）=447.8675Mev，文獻(xiàn)[10]給出的每個(gè)中子平均結(jié)合能為2.348Mev，發(fā)射2個(gè)中子結(jié)合能庫(kù)侖勢(shì)變化每個(gè)發(fā)生自發(fā)裂變SF的結(jié)合能由文獻(xiàn)[6]給出的一組絕對(duì)裂變率最大的數(shù)據(jù)，的，的，平均值為由，有解x=4.45根據(jù)麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)，有發(fā)生SF裂變核溫度動(dòng)能激發(fā)能（或反應(yīng)能）與文獻(xiàn)[10]所觀測(cè)到的反應(yīng)熱有相對(duì)誤差相對(duì)誤差在2.35%以內(nèi)。小碎片和大碎片的質(zhì)量虧損分別為和，核裂變反應(yīng)總的質(zhì)量虧損，發(fā)射核碎片的總動(dòng)能，與理論計(jì)算的發(fā)生自發(fā)裂變SF所釋放出的結(jié)合能Mev的相對(duì)誤差為相對(duì)誤差在0.7%以內(nèi)。由于觀測(cè)到的碎片總動(dòng)能，裂變核溫度動(dòng)能kT=37.595Mev，有麥克斯韋分布尾部坐標(biāo)自發(fā)裂變SF產(chǎn)額與文獻(xiàn)[6]給出的一組絕對(duì)裂變率最大數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)相符。也與文獻(xiàn)[4,5]給出的小碎片裂變絕對(duì)產(chǎn)額、和文獻(xiàn)[4,5,7,8,9]給出的大碎片的裂變絕對(duì)產(chǎn)額，5.685%、，和也在測(cè)量誤差范圍內(nèi)相符合。參考文獻(xiàn)[1]陳有恒，張子苑著；“熱力學(xué)第四定律與統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”，序號(hào)：自然科學(xué)物理學(xué)，中國(guó)預(yù)印本服務(wù)系統(tǒng)，國(guó)家科技圖書文獻(xiàn)中心網(wǎng)：2022.09.15.https://P/preprint/[2]（美）C.E.克勞塞梅爾原著，（比）F.亞當(dāng)斯.R.達(dá)姆斯修訂.高物，伍實(shí)等譯；《應(yīng)用射線能譜學(xué)》，（北京）原子能出版社（1977）[3]G.W.C.kayeandT.H.Laby；《物理化學(xué)常數(shù)表》第16版，世界圖書出版公司[4]李澤，劉從貴，盧慧筠，劉永輝，王連壁著；“自發(fā)裂變產(chǎn)物產(chǎn)額的絕對(duì)測(cè)量”，《原子核物理》（北京）第5卷第3期，1983年8月第226頁(yè)[5]H.W.Schmittetal.Phys.Rev；137B837（1965）[6]H.Thierens.etal.NuclInstrumMethods134,299（1976）[7]W.E.Nervik;Phys.Rev;119,1685（1960）[8]K.F.Flynn,etal.J.InorgNuclchem;37,881（1975）[9]J.Bbaehotetal.RendementsdeFissionCumulatifsduInterna