第9章 核反应

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1、第九章核反应1三、反应能Q一、几个著名的核反应四、核反应截面五、核反应的机制§9.1几个著名的核反应二、守恒定律2一、几个著名的核反应1.第一个人工核反应是1919年由卢瑟福完成的。这是人类历史上第一次人工实现“点金术”：使一个元素变成了另一个元素。放射性核衰变是不稳定核的自发转变，核反应是原子核在外界作用下的转变过程。研究核反应的重要目的之一是获取核能（裂变能，聚变能）。32.第一个在加速器上实现的核反应1932年，英国考克拉夫(J.D.Cockcroft)和瓦尔顿(E.T.S.Walton)，把质子加速到500千电子伏，实现如下核反应：释放的粒

2、子每一个具有8.9MeV动能;因此,输入能量为0.5MeV,输出的能量为17.8MeV。这是释放核能的一个例子。43.产生第一个人工放射性核素的反应1934年，法国约里奥居里夫妇用下列反应产生了第一个人工放射性核素：产物30P是+放射性核素，半衰期为2.6分5光子打击氘核，使氘核分解为质子和中子6角动量守恒、§9.2核反应的守恒定律质量数守恒、电荷数守恒、总能量：静止能量和动能之和动量守恒、宇称守恒、总角动量=粒子的角动量矢量+原子核角动量矢量+两者相对运动轨道角动量矢量体系宇称=粒子宇称×原子核宇称×两者相对运动的轨道宇称能量守恒、统计性、同位

3、旋等7二体反应即反应前后都只有两个粒子的反应a+X→b+Y,或1、反应中的能量守恒：§9.3核反应中的能量82、反应能Q：即核反应过程中放出或吸收的能量它等于反应前后体系的动能之差。则Q>0,为放能反应；当：当：当：则Q=0,为弹性散射。则Q<0,为吸能反应；9例：由粒子的静止质量对反应，计算反应能。18.00695818.005677Q=-0.00128u931.5MeV/u=-1.19MeV-0.001281-18.006958103．Q方程Q=+-动量守恒：114．反应阈能能使核反应得以实现的入射粒子所必须具有的最小动能，即只有当　　　　　

4、时核反应才能发生。12推导：L系与C系L系中系统动能OCC系中Ox13C系中系统动能OOCx14阈能：L系中能够使核反应得以实现的入射粒子所必须具有的最小动能。在C系中，反应前后体系的动能均为0，所以只要求反应前体系的最低动能等于反应能Q，核反应即可发生。15例如:求要使反应成为可能α粒子的入射能量至少应为多少？=1.19(4+14)/14=1.53(MeV)16§9.4核反应截面1、反应截面：假定入射粒子束强度为I，打到一个靶上的横截面是S，即单位时间达到靶上的粒子数为n=IS，设靶单位体积中有N个原子核，靶的厚度为h，h比较小，以至前后各原子核

5、不会互相遮蔽，这样入射粒子将看到全部NSh个原子核。设想每个原子核提供一个截面σ，凡是落入这个范围的入射粒子就和靶核发生反应，单位时间共发生了△n个反应，则显然反应几率为：17反应截面实质上是入射粒子和靶上一个靶核发生反应的几率。单位巴（b）、毫巴（mb）1819注意：反应截面虽然量纲是面积，但它和原子核的几何截面是完全不同的两个概念，因此反应截面既可能大于几何截面,也可能小于几何截面。3、积分截面：2、微分截面：20五、核反应的机制1、库仑散射和库仑激发入射粒子在靶核附近受库仑场作用而向一方向射出；或粒子的库仑场使靶核激发。2、核势散射入射粒子达到

6、靶核的核力作用距离之内，而发生弹性散射。3、表面散射入射粒子同靶核表面的一个或几个核子的剧烈作用，而发生非弹性散射，靶核被激发。214、表面嬗变入射粒子对靶核表面核子起作用，把一个或几个核子冲击出来，粒子被吸收或被散射。5、削裂反应和掇拾反应入射核的一个或几个核子被靶核俘获，入射核继续前进——削裂反应；入射粒子擦过靶核时，从核那里掇拾一个或几个核子——掇拾反应。6、形成复核形成复核、激发态的复核再衰变22散裂反应、高能核反应等。六、核共振1、中子反应截面随入射粒子能量的变化核共振：当入射粒子的能量为某些特殊值时，反应截面突然增大的现象。23实质是：入

7、射粒子在质心系中的动能与它与靶核的结合能之和恰好等于复合核的一个能级时，复核特别容易形成，核反应的几率大，即反应截面就大。从共振曲线上共振峰的位置可以确定复核的部分能级：2、质子反应截面随入射粒子能量的变化是入射粒子与靶核的结合能24§9.5原子核裂变原子核裂变是一个重原子核分裂成两个质量相差不远的碎块的现象。一、裂变过程A=236，EB=7.6MeV；A=118，EB=8.5MeV一个铀核：一克铀：这相当于2.5t煤完全燃烧时放出的能量。2526二、裂变机制—液滴模型在裂变前，原子核处于能量最低的基态，呈球形。当中子轰击重核时，重核吸收中子形成复合

8、核，能量增加，核子振荡加剧，由球形变成椭球形。27当中子轰击重核时，重核吸收中子形成复合核，能量增加，核子振