第五章 核裂变与核聚变 Nuclear Fission -Nuclear Fusion
第五章 核裂变与核聚变 Nuclear Fission –Nuclear Fusion
5.1原子核的裂变反应 1、自发裂变和诱发裂变 自发裂变：没有外来粒子轰击，原 子核自行裂变的现象。 诱发裂变：在外来粒子轰击下，原 子核才发生裂变的现象
5.1 原子核的裂变反应 1、自发裂变和诱发裂变 自发裂变：没有外来粒子轰击，原 子核自行裂变的现象。 诱发裂变：在外来粒子轰击下，原 子核才发生裂变的现象
(1)自发裂变 (a)自发裂变的一般表达式： 2X-→2y+2:Y, 其中 A=A+A Z=Z+Z (b)自发裂变的裂变能 2s=T()+T() 由能量守恒：2，=M(亿，A2-[M(亿，4)+M(Z,A,小c =A(Z,A)-[A(亿1,4)+A(亿2-A)] =B(Z1,A1)+B(Z2,A2)-B(Z,A①
(1) 自发裂变 (a) 自发裂变的一般表达式： 1 2 2 2 1 1 X Y Y A Z A Z A Z → + 其中 A= A1 + A2 Z = Z1 + Z2 (b) 自发裂变的裂变能 f s, Y Z A Y Z A 1 1 1 2 2 2 ( , , ) ( ) Q T T = + 由能量守恒： ( ) ( ) ( ) 2 1 1 2 2 2 , Q M Z, A c M Z , A M Z , A c f s = − + ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 = Z, A − Z , A + Z − A B(Z , A ) B(Z , A ) B(Z, A) = 1 1 + 2 2 −
发生自发裂变的条件：.w>0 从比结合能曲线看，A>90即可满足该条件 (c)原子核的稳定性与裂变势垒 与α衰变的势垒穿透类似，原子核 自发裂变也要穿透一个势垒，称为裂 变势垒。自发裂变半衰期对于裂变势 垒的高度非常敏感
发生自发裂变的条件： 0 Qf ,s 从比结合能曲线看，A>90即可满足该条件 (c) 原子核的稳定性与裂变势垒 与α衰变的势垒穿透类似，原子核 自发裂变也要穿透一个势垒，称为裂 变势垒。自发裂变半衰期对于裂变势 垒的高度非常敏感
以考德威尔公式描述自发裂变半衰期对 于裂变势垒高度的关系： ETu(SF)-B- -10006n=-9.2682+374.0 上式中为什么会出现Z/A因子？ 按液滴模型，裂变时有两种力相互竞 争：表面张力将力图使原子核保持球形； 库仑力将使核的形变增大，最终有可能使 它拉长而裂变。为此，定义裂变参数： Eco Z2A-Vs Z? 2Eso A
以考德威尔公式描述自发裂变半衰期对 于裂变势垒高度的关系： ( ) 2 2 1 2 lg 1000 9.268 374.0 m Z Z T SF A A − − = − + 上式中为什么会出现 Z 2 A 因子？ 按液滴模型，裂变时有两种力相互竞 争：表面张力将力图使原子核保持球形； 库仑力将使核的形变增大，最终有可能使 它拉长而裂变。为此，定义裂变参数： A Z A Z A E E S C 2 2 3 2 1 3 0 0 2 = −
裂变势垒的近似公式（2/30 但因裂变势垒太高，很难穿透势垒， 所以，这些核对自发裂变是稳定的
裂变势垒的近似公式（2/3<x<1）： ( ) 0 3 Eb = 0.83 1− ES 表明随 的加大，裂变势垒高度降 低。因而自发裂变的概率增加。 Z A 2 对 较小的核，尽管满足 但因裂变势垒太高，很难穿透势垒， 所以，这些核对自发裂变是稳定的。 0 Z A Qf ,s 2
所以实验发现，很重的核才发生自发裂变。 稳定核： 球形核势能Vp椭球形势能V时， 球形核→椭球形核→裂变 原子核的稳定条件： '.-Vp0
稳定核： 球形核势能Vsp 椭球形势能Vel时， 球形核→椭球形核→裂变 原子核的稳定条件： Vel − Vsp>0 所以实验发现，很重的核才发生自发裂变
(d)裂变份额 重核大多数具有o放射性，自发裂变与 衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕 变的两种形式。 发生自发裂变过程的衰变常数记为， 发生o衰变过程的衰变常数记为。 裂变份额定义为：R= 入f 九r+九a 裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎 片处于较高的激发态，另一方面它们是远离β稳 定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又 是一种很强的中子源
(d) 裂变份额 重核大多数具有 放射性，自发裂变与 衰变是相互竞争的过程，它们是重核蜕 变的两种形式。 发生自发裂变过程的衰变常数记为 f 发生衰变过程的衰变常数记为 裂变份额定义为： + = f f Rf 裂变碎片是很不稳定的原子核，一方面碎 片处于较高的激发态，另一方面它们是远离 稳 定线的丰中子核而发射中子，所以自发裂变核又 是一种很强的中子源
(2)诱发裂变 在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子 形成复合核，复合核一般处于激发态，当 其激发能大于裂变势垒时，会发生裂变。 入射粒子可以是带电粒子或中子，主要 研究中子诱发裂变。 (a)中子诱发裂变的一般表达式为： n+2X→X*→zY+2z:Y
(2) 诱发裂变 在外来粒子的轰击下，靶核与入射粒子 形成复合核，复合核一般处于激发态，当 其激发能大于裂变势垒时，会发生裂变。 (a) 中子诱发裂变的一般表达式为： n X X Y Y A Z A Z A Z A Z 2 2 1 1 1 * + → → + + 入射粒子可以是带电粒子或中子，主要 研究中子诱发裂变
设靶核静止，入射中子的动能为Tm 复合核的形成过程中，由能量守恒： T+m+M(Z,A)e2=E"+M(Z,A+1)c? 车=Tt+M么)-M么，A+业： 复合核激发能 。 mTn≈A T ma+m A+1 B,(Z.A+1)=[M(Z,A)+m -M(Z,A+1)k?
复合核的形成过程中，由能量守恒： ( ) ( ) 2 * 2 T m M Z, A c E M Z, A 1 c n + n + = + + 设靶核静止，入射中子的动能为Tn ( ) ( ) * 2 E T m M Z, A M Z, A 1 c = n + n + − + 复合核激发能。 n n A n A n T A A T m m m T 1 ' + + = ( ) ( ) ( ) 2 B Z, A 1 M Z, A m M Z, A 1 c n + = + n − +