热力学第四定律及其微观（粒子）统计热力学的结果是自然界中的一条基本定律

热力学第四定律及其微观（粒子）统计热力学的结果是自然界中的一条基本定律陈有恒（中国管理科学研究院思维科学研究所广东海南分所，广东省湛江市赤坎区大通街48号，524035）张子苑（惠东高级中学，广东省惠东县大岭山区，516003）摘要由射线能谱中所观测的、和衰变以及核素的三种独立存在的同质异能激发态的衰变、和的结果都符合热力学第四定律及其热力学的统计结果。还讨论了放射源所发生的衰变和自发裂变SF的特殊现象。有关实验所采取的放射源样品是含有两种不同成分的具有各自独立能态的同质异能核素。一种是g态（最低能态）的同位素（含量为，衰变的半衰期），另一种是m态（激发态）（含量为，自发裂变SF半衰期），它们所发生的衰变事件和自发裂变SF事件也是各自独立和互不相干的。关键词：热力学第四定律统计热力学麦克斯韦分布尾部函数射线能谱核衰变自发裂变SF文献[1]给出在一个满足麦克斯韦分布的热力学平衡体系内，当麦克斯韦分布尾部坐标为时，（其中B为结合能或发射能，kT为热力学系统的温度动能），这时热力学平衡体系内的反应平衡常数，热力学平衡体系中的反应产额（几率或分支比）为应用射线能谱学进行检验由于射线能谱的特征，是完全由核反应或衰变过程中所发生的关联事件所决定的。而构成能谱的最重要特征是有同质异能跃迁（IT）的发生。即有发射辐射的跃迁和发生电子俘获EC、和的跃迁。而核的同质异能态仅在于它是一个独立存在的激发态，如果核反应或衰变所发生的跃迁或是瞬发的，那么就可能观测到跃迁和跃迁事件（联级事件）的加和，即观测到能谱中出现有加和峰（全能峰）。如果两个跃迁不是级联事件，那么久不可能观测到加和峰（全能峰）。的核衰变文献[2]给出的衰变纲图图一.衰变纲图（摘自参考文献[2]）由衰变纲图有由核衰变（1）式可以看出，由于所发生的跃迁和跃迁是同一个级联事件，因此可观测到全能峰（加和峰）的发射。而对于核衰变（2）式的跃迁和跃迁是不同的两个级联事件，因此观测到的逃逸峰和的发射峰。由核衰变（2）式，有它是发生跃迁的结合能。而两个跃迁的总能量而两个跃迁的总能量是核从激发态（m态）回复到基态（g态）的发射能量，因而也是激发态核的温度动能这时麦克斯韦分布尾部坐标有产额与观测结果（纲图）中的93.5%的绝对误差仅为93.5%-92.82%=0.68%（在1%以内）其余的产额为为发射而回复到基态的产额，与观测结果（纲图）中的6.5%的绝对误差为6.5%-7.18%=-0.68%（也在1%以内）的衰变图二.衰变纲图。（摘自参考文献[2]）由衰变纲图有由于电子俘获能量，有从衰变纲图中发现，有发射的射线，那么电子俘获Ec（衰变）的结合能，而衰变反应能（激发能），电子俘获Ec结合能Ec=0.511Mev，因此的动能（温度动能）麦克斯韦分布尾部坐标衰变产额与观测结果（衰变纲图）给出的89.7%的绝对误差为89.96%-89.7%=0.26%而其余发生发射的产额为与衰变纲图所给出的观测结果10.3%相符得很好。放射源的衰变文献[2]给出放射源衰变纲图图三.衰变纲图.（摘自参考文献[2]）文献[3]给出放射源发生衰变半衰期t=5.271年，发生衰变（100%），并释放出射线和射线，衰变方程为因而有由核衰变纲图可以看出，衰变核在发射的粒子及发射辐射后而去激化回复到基态，因而衰变核的温度动能发射粒子（0.3183）的能量为结合能有麦克斯韦分布尾部坐标有发生衰变产额而未发生衰变而发射辐射去激化回复到基态的产额为这与文献[2]给出的观测（衰变纲图）结果发生衰变产额的绝对误差仅为99.258%-99%=0.258%（在1%以内），相符得很好。由核素的三种放射性衰变进行检验核素是一种特殊的放射性同位素，主要是它的天然成分中含有三种能独立存在的同质异能激发态，因而存在着三种不同的衰变方式。文献[3]给出它的三种衰变方式为在发生第一种衰变中，由于衰变产额（分支比）有解x=1.91而反应能根据反应能（激发能）等于结合能B与核素的温度动能kT之和，即有，又根据麦克斯韦分布尾部坐标，因此有，把及x=1.91值代入上式，有衰变核的温度动能而对于发生在第二种39%的衰变中，衰变产额（分支比）为有解x=2.06根据麦克斯韦分布尾部坐标，把kT=0.5725Mev及x=2.06代入上式，可求出结合能又根据反应能（或激发能）等于结合能B和温度动能kT之和，有由发生衰变（2）式，有即有有的盈余质量，而处于基态（g态）的的盈余质量，同质异能能量差对于发生在第三种18%的衰变中，衰变产额（分支比）有解x=3.14，发生衰变的结合能反应能（或激发能）由发生衰变（3）式，有即有有解，它是同质异能核素的盈余能量，而处于基态（g态）的同质异能核素的盈余质量，能量相差最后我们得到在核反应或衰变过程中，随着反应能Q（或激发能）的增加，反应或衰变的产额（或分支比）呈减少趋势。即反应能（或激发能）由、到依次递增时，反应式衰变产额（分支比）由，到依次递减。而结合能也依次递增，和，核结构的稳定性也依次递增。发现核素发生自发裂变SF的特殊现象自上世纪五十年代以来，人们对核素的自发裂变SF进行了深入的研究，由于采用了当时的一系列先进探测技术，如Ge（Li）能谱法等，使自发裂变产额的测量工作成为了可能。到目前为止已有相当多的测量和编评的核谱学数据的发表[4]，[5]，[6]，[7]，[8]，[9]等。文献[3]给出核素可发生97%的衰变和3%的自发裂变SF。但从最新的观测实验发现[10]，在过去所制备的裂变源样品中，含有两种不同能态的同质异能核素。一种是g态（最低能态或基态），它可发生衰变，半衰期；而另一种是激发态m态，它可发生自发裂变SF，半衰期.在所制备的实验样品中，g态同质异能核素的含量为96.9%，而激发态m态的含量为3.1%，由于它们是两种具有不同半衰期和的同质异能核素，是具有各自独立能态的同位素，因而它们各自所发生的衰变事件和自发裂变SF事件也是各自独立和互不相干的，我们应当把它们分开来处理。下表是的衰变特征（摘自参考文献[10]）射线SF裂变总和比活度衰变率半衰期衰变热现在我们利用上表所给出的衰变热和关于自发裂变SF的裂变率来求出每个自发裂变的结合能B由于原子量A=252g，为每数，由于每含有个原子（或核子），因此每g的核子数由于自发裂变SF的裂变率为，裂变热为，有每次（每个）裂变释放出的结合能（裂变热）为也就是每个激发态自发裂变SF所释放出的结合能，根据文献[4-9]所给出的一组绝对裂变率最大的数据：发生有：文献[1]给出库仑势：，其中核半径常数，电荷静电单位，有核素库仑势U（103，252）=447.8675Mev，文献[10]给出的每个中子平均结合能为2.348Mev，发射2个中子结合能库仑势变化每个发生自发裂变SF的结合能由文献[6]给出的一组绝对裂变率最大的数据，的，的，平均值为由，有解x=4.45根据麦克斯韦分布尾部坐标，有发生SF裂变核温度动能激发能（或反应能）与文献[10]所观测到的反应热有相对误差相对误差在2.35%以内。小碎片和大碎片的质量亏损分别为和，核裂变反应总的质量亏损，发射核碎片的总动能，与理论计算的发生自发裂变SF所释放出的结合能Mev的相对误差为相对误差在0.7%以内。由于观测到的碎片总动能，裂变核温度动能kT=37.595Mev，有麦克斯韦分布尾部坐标自发裂变SF产额与文献[6]给出的一组绝对裂变率最大数据在误差范围内相符。也与文献[4,5]给出的小碎片裂变绝对产额、和文献[4,5,7,8,9]给出的大碎片的裂变绝对产额，5.685%、，和也在测量误差范围内相符合。参考文献[1]陈有恒，张子苑著；“热力学第四定律与统计热力学”，序号：自然科学物理学，中国预印本服务系统，国家科技图书文献中心网：2022.09.15.https://P/preprint/[2]（美）C.E.克劳塞梅尔原著，（比）F.亚当斯.R.达姆斯修订.高物，伍实等译；《应用射线能谱学》，（北京）原子能出版社（1977）[3]G.W.C.kayeandT.H.Laby；《物理化学常数表》第16版，世界图书出版公司[4]李泽，刘从贵，卢慧筠，刘永辉，王连壁著；“自发裂变产物产额的绝对测量”，《原子核物理》（北京）第5卷第3期，1983年8月第226页[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