核裂变与核聚变ppt课件.ppt

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1、第五章核裂变与核聚变NuclearFission–NuclearFusion5.1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：其中(b)自发裂变的裂变能由能量守恒：发生自发裂变的条件：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

2、于裂变势垒高度的关系：上式中为什么会出现因子？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：裂变势垒的近似公式（2/3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

3、发裂变。(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发生衰变过程的衰变常数记为裂变份额定义为：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。(a)中子诱发裂变的一般表达式为：入射粒子可以是带电粒子或中子，主要研究中子诱发裂变。复合核的形成过

4、程中，由能量守恒：设靶核静止，入射中子的动能为Tn复合核激发能。复合核的激发能：复合核的激发能为最后一个中子的结合能和中子的相对运动动能之和。当时，复合核会发生裂变。即：对确定的复合核，根据其裂变势垒Eb和其最后一个中子的结合能Bn(Z,A+1)的大小，不等式右边可以小于等于热中子能量，也可以大于热中子能量。这两种情况对入射中子能量Tn的要求不同。据此我们也就可以分可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。(b)热中子核裂变以为例，可表示为：由于热中子的能量所以，的激发能：而的裂变势垒：故热中子可以诱发裂变。这种热中子可诱发裂变的核

5、素称为易裂变核。(c)阈能核裂变以为例，可表示为：若仍为热中子，由于而的裂变势垒：故热中子不能诱发裂变。这种热中子不能诱发裂变的核素称为不易裂变核。由：这种中子能量必须大于一定的数值才能引起的核裂变称为阈能核裂变。能诱发阈能核裂变的中子的最小能量称为诱发裂变阈能。关于易裂变核与不易裂变核的讨论：1)、中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激发态，将发生集体振荡并改变形状。以和为例的的的值略小，其裂变概率也略小。2)、复合核的激发能与裂变势垒的关系。为奇N核，欢迎再来一个中子与它成对。因此，中子与结合的很紧，结合能为，而复合核的裂变势垒仅

6、为，从而容易裂变。为偶偶核，外来中子的结合能比较小，中子与的结合能为，而复合核的裂变势垒为因此中子能量必须大于某一数值才能发生核裂变。(d)诱发裂变截面单位时间内发生裂变数单位时间内入射粒子数单位面积靶核数手册中常给出多种截面值：各种反应截面的关系图：裂变截面f与入射中子能量Tn的关系：对慢中子：规律是对热中子的截面，为热中子速度对，对共振中子，(能量为1eV～1KeV)诱发裂变截面峰值达几十巴。对快中子，在能量约为1MeV时，除中子诱发裂变外，带电粒子和射线也能引起核裂变。2、裂变后现象中子进入靶核所形成的复合核处于激发态，复合

7、核可能发生裂变，裂变会产生裂变碎片。如碎片的质量、能量、释放的中子、射线等。裂变后现象指裂变碎片的性质：(1)裂变过程(a)中子被靶核吸收形成复合核(b)复合核裂变为两个裂变碎片(c)初级碎片发射中子(d)次级碎片发射射线(e)初级产物-衰变到稳定核素远离稳定线的丰中子核，具有很高的激发能。通常为1～3个中子，称为瞬发裂变中子。次级裂片的激发能小，不能发射中子，而主要以发射光子形式退激，称为瞬发射线。在连续衰变过程中，有些核素可能具有较高的激发能，可以发射中子，称为缓发中子。(2)裂变碎片的质量分布裂变碎片按质量分布的产

8、额。对称分布：非对称分布：Z100和Z84考虑二分裂情况，X和Y的质量分布称为对称裂变90Z98称为非对称裂变低激发态重核的裂变多以非对称方式发生。如235U，裂变碎片质量分布呈马鞍形。重碎片质量的峰值是A＝14