第17章原子核物理簡(jiǎn)介

1、原子核的衰變?cè)雍说乃プ冊(cè)雍说慕Y(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)原子核的結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)核反應(yīng)與核能利用核反應(yīng)與核能利用基本粒子簡(jiǎn)介基本粒子簡(jiǎn)介 ( ( 自學(xué)閱讀自學(xué)閱讀 ) )第一節(jié)19081908年盧瑟福榮獲年盧瑟福榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 “桃李滿天下桃李滿天下”：學(xué)生或助手獲得學(xué)生或助手獲得8 8次諾貝爾獎(jiǎng)次諾貝爾獎(jiǎng) 實(shí)驗(yàn)表明，原子核是由一定數(shù)目的質(zhì)子和中子組成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，對(duì)質(zhì)子和中子而言，雖然帶電情況不同，但質(zhì)量、自旋等特性以及在核內(nèi)的相互作用中，有許多性質(zhì)是相近的，因此我們常把質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為 核子。 從上述原子核密度近乎相同的事實(shí)表明，無論原子核中核子從上述原子核密度近乎相同的事實(shí)表明，

2、無論原子核中核子數(shù)目有多少，每一個(gè)核子在核內(nèi)幾乎都占有相同大小的體積。數(shù)目有多少，每一個(gè)核子在核內(nèi)幾乎都占有相同大小的體積。1/30RR A 輕、重核半徑量級(jí)都在10-15米。1501.2010mR 是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的常數(shù)。nAZN 原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。273151/33(1.66 10kg)4/ 34(1.20 10m) / 3mARA 1732.29 10 kg m 原子核內(nèi)核子之間存在核力，核力是短程力，具有飽和性。原子核內(nèi)核子之間存在核力，核力是短程力，具有飽和性。 質(zhì)量與電荷是物質(zhì)的固有屬性，不同原子核有不同的質(zhì)量和電荷, 因而, 質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)是標(biāo)示原子核的特征參量。其中：其中：

3、Z 表示質(zhì)子數(shù)，又稱原子核表示質(zhì)子數(shù)，又稱原子核的電荷數(shù)，也等于元素的原子序數(shù)。的電荷數(shù)，也等于元素的原子序數(shù)。 Q = +Ze原子核質(zhì)量等于所有核子質(zhì)量之和嗎？原子核質(zhì)量等于所有核子質(zhì)量之和嗎？pn mZmNm 原子核都有結(jié)合能。原子核都有結(jié)合能。例：例：2727Hepn6.644763 10kg 6.695206 10kgmZmNm 271u1.660566 10kg質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，稱為質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和，稱為質(zhì)量數(shù)A：原子核的標(biāo)示：原子核的標(biāo)示：1412161268H, He, C, O推廣推廣：1001n , e p1.007276 um 質(zhì)子質(zhì)量：質(zhì)子質(zhì)量：n1.00866

4、5 um 中子質(zhì)量：中子質(zhì)量：nAZN所以常用所以常用 標(biāo)記不同的原子核。標(biāo)記不同的原子核。AZXJzNNNP2egJgJm 實(shí)驗(yàn)表明，組成原子核的質(zhì)子和中子都有內(nèi)稟角動(dòng)量, 即自旋。質(zhì)子和中子的自旋量子數(shù)均為1/2。 此外，核子在核內(nèi)的空間運(yùn)動(dòng)有軌道角動(dòng)量， 核子自旋角動(dòng)量與軌道角動(dòng)量之和稱總角動(dòng)量。J(1)PJ J J 為為原子核的自旋量子數(shù)。原子核的自旋量子數(shù)。JNJP2egPm 為為實(shí)驗(yàn)測(cè)定的朗德因子。實(shí)驗(yàn)測(cè)定的朗德因子。Ng原子核的自旋對(duì)原子能級(jí)的影響較小，根據(jù)原子核的自旋與原子核的自旋對(duì)原子能級(jí)的影響較小，根據(jù)原子核的自旋與磁矩，可以分析光譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。磁矩，可以分析光譜的超精細(xì)

5、結(jié)構(gòu)。原子核既具有角動(dòng)量，又帶有正電荷，因此也就具有磁矩。其其z方向的投影方向的投影2Npem 核磁子：核磁子： 原子核內(nèi)，核子之間的距離都在原子核內(nèi)，核子之間的距離都在 以內(nèi)，因而質(zhì)子以內(nèi)，因而質(zhì)子之間有很強(qiáng)的靜電斥力，這種斥力有拆散原子核的趨勢(shì)；另之間有很強(qiáng)的靜電斥力，這種斥力有拆散原子核的趨勢(shì)；另一方面，把原子核拆散成質(zhì)子和中子需要耗費(fèi)巨大的功?？梢环矫妫言雍瞬鹕⒊少|(zhì)子和中子需要耗費(fèi)巨大的功。可見在核子之間一定還存在一種比靜電斥力更強(qiáng)的相互作用力，見在核子之間一定還存在一種比靜電斥力更強(qiáng)的相互作用力，以使質(zhì)子和中子集結(jié)在一起，形成穩(wěn)定的核，這種力稱為以使質(zhì)子和中子集結(jié)在一起，形成穩(wěn)定

6、的核，這種力稱為核核力力。1510m 核力是一種短程力核力是一種短程力。在大于。在大于 的距離，核力遠(yuǎn)比庫侖力小，在小的距離，核力遠(yuǎn)比庫侖力小，在小 于于 的距離，核力比庫侖力增加得更快，這時(shí)核力起主要作用。的距離，核力比庫侖力增加得更快，這時(shí)核力起主要作用。1510m 1510m 核力具有核力具有“飽和飽和”的性質(zhì)的性質(zhì), , 亦即一個(gè)核子僅與它相緊鄰的核子之間才亦即一個(gè)核子僅與它相緊鄰的核子之間才有有 核力相互作用，而不能與核內(nèi)所有更遠(yuǎn)的核子都以核力相互作用。核力相互作用，而不能與核內(nèi)所有更遠(yuǎn)的核子都以核力相互作用。 無論是質(zhì)子與質(zhì)子、中子與中子或質(zhì)子與中子之間都有核力相互作用，無論是質(zhì)子

7、與質(zhì)子、中子與中子或質(zhì)子與中子之間都有核力相互作用， 而且任意兩個(gè)核子之間的而且任意兩個(gè)核子之間的核力大致相等核力大致相等。 在核子之間的作用范圍內(nèi)，如核子之間的在核子之間的作用范圍內(nèi)，如核子之間的距離較大距離較大，核力表現(xiàn)，核力表現(xiàn)為引力為引力， 而當(dāng)核子間的而當(dāng)核子間的距離小距離小到到 時(shí)時(shí), , 核力就由吸力核力就由吸力變?yōu)閺?qiáng)大的斥力變?yōu)閺?qiáng)大的斥力, , 這種斥力的存在使得核子不可能非常接近。這種斥力的存在使得核子不可能非常接近。 150.4 10m 實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原子核的質(zhì)量總是小于組成核的質(zhì)子和中子的實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原子核的質(zhì)量總是小于組成核的質(zhì)子和中子的質(zhì)量之總和，其差額為稱為質(zhì)量之總和，其

8、差額為稱為質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損。 pn()mZmAZ mm 2Emc nAZN由質(zhì)子和中子形成原子核時(shí)所放出的能量，稱為由質(zhì)子和中子形成原子核時(shí)所放出的能量，稱為結(jié)合能結(jié)合能。反之，使原子核分裂為單個(gè)的質(zhì)子和中子時(shí)，外界就必反之，使原子核分裂為單個(gè)的質(zhì)子和中子時(shí)，外界就必須供給與結(jié)合能等值的能量或做這樣多的功。須供給與結(jié)合能等值的能量或做這樣多的功。 例：例： He原子核的質(zhì)量虧損與結(jié)合能分別為原子核的質(zhì)量虧損與結(jié)合能分別為4.031882u4.001505u0.030377um 2124.53987110J28.34MeVEmc 形成形成1 mol的氦原子核所放出的能量為的氦原子核所放出的能量為

9、12mo1A2.7310JENE （相當(dāng)于燃燒（相當(dāng)于燃燒100 噸煤）噸煤） 原子核的結(jié)合能與它包含的核子數(shù)有關(guān)，重核比輕核的結(jié)原子核的結(jié)合能與它包含的核子數(shù)有關(guān)，重核比輕核的結(jié)合能大，為比較不同原子核的結(jié)合能，需要定義平均結(jié)合能。合能大，為比較不同原子核的結(jié)合能，需要定義平均結(jié)合能。以為平均結(jié)合能縱坐標(biāo)，核子數(shù)為橫坐標(biāo)，可得兩者的關(guān)系，以為平均結(jié)合能縱坐標(biāo)，核子數(shù)為橫坐標(biāo)，可得兩者的關(guān)系，如圖所示：如圖所示： 2/EAmcA 描述原子核結(jié)合的緊密描述原子核結(jié)合的緊密 從右圖可以看出，對(duì)應(yīng)于中等從右圖可以看出，對(duì)應(yīng)于中等原子量元素的核，核子的平均結(jié)合原子量元素的核，核子的平均結(jié)合能最大，且近

10、似地均等于能最大，且近似地均等于 ，因此最穩(wěn)定。因此最穩(wěn)定。 而對(duì)于輕核和重核，而對(duì)于輕核和重核，每個(gè)核子的平均結(jié)合能都比上述數(shù)每個(gè)核子的平均結(jié)合能都比上述數(shù)值小，因此當(dāng)輕核聚合成中等質(zhì)量值小，因此當(dāng)輕核聚合成中等質(zhì)量的核或重核分裂成中等質(zhì)量的核時(shí)的核或重核分裂成中等質(zhì)量的核時(shí),都有大量能量放出，這種能量稱為都有大量能量放出，這種能量稱為原子核能，簡(jiǎn)稱原子核能，簡(jiǎn)稱原子能原子能。8.6MeV 質(zhì)子和中子是如何結(jié)合組成原子核的呢？到目前為止質(zhì)子和中子是如何結(jié)合組成原子核的呢？到目前為止, 原原子核的結(jié)構(gòu)還沒有精確、全面的理論描述，因此子核的結(jié)構(gòu)還沒有精確、全面的理論描述，因此, 只能利用一只能利

11、用一些模型來近似說明。些模型來近似說明。液滴模型最初是由玻爾根據(jù)核力液滴模型最初是由玻爾根據(jù)核力和液體的分子力的相似而提出的。和液體的分子力的相似而提出的。核子距離很小核子距離很小斥力，使得核液不可壓縮斥力，使得核液不可壓縮核子距離很大核子距離很大引力，使得核液維持一定形狀引力，使得核液維持一定形狀類似于普通的液滴由于表面張力而聚成球形。類似于普通的液滴由于表面張力而聚成球形。邁耶和金森提出了類似于原子能級(jí)邁耶和金森提出了類似于原子能級(jí)那樣的殼層模型（那樣的殼層模型（1963年諾貝爾獎(jiǎng)），年諾貝爾獎(jiǎng)），該模型給出的核子的能級(jí)，如圖所示。該模型給出的核子的能級(jí)，如圖所示。由圖可知，對(duì)于質(zhì)子或中子

12、數(shù)為由圖可知，對(duì)于質(zhì)子或中子數(shù)為2,8, 20,28,50,82,126的核稱為的核稱為幻數(shù)核幻數(shù)核，分布有核子的最高能級(jí)到其上邊沒有分布有核子的最高能級(jí)到其上邊沒有核子的能級(jí)的差都比較大。說明這些核子的能級(jí)的差都比較大。說明這些幻數(shù)核都特別穩(wěn)定幻數(shù)核都特別穩(wěn)定，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)，這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)相符。相符。 第一節(jié) 18961896年貝克勒爾（年貝克勒爾（H. Becquerel)H. Becquerel)在研究鈾鹽在研究鈾鹽的性質(zhì)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)鈾鹽（鈾化鉀）不斷地放出一的性質(zhì)時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)鈾鹽（鈾化鉀）不斷地放出一些射線。接著居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳和釙也都能夠放出類些射線。接著居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳和釙也都能夠放

13、出類似的射線，而且強(qiáng)度比鈾放出的更強(qiáng)。似的射線，而且強(qiáng)度比鈾放出的更強(qiáng)。 人們后來又發(fā)現(xiàn)了位于門捷列夫元素周期表末尾的一些其人們后來又發(fā)現(xiàn)了位于門捷列夫元素周期表末尾的一些其它重元素都具有放射性。這些元素不用人工處理，就會(huì)自發(fā)地它重元素都具有放射性。這些元素不用人工處理，就會(huì)自發(fā)地放出上述射線，故稱為放出上述射線，故稱為天然放射性天然放射性。 19031903年諾貝爾物理獎(jiǎng)年諾貝爾物理獎(jiǎng)放射性射線的性質(zhì)：放射性射線的性質(zhì)：1、能使氣體電離；、能使氣體電離；2、能激發(fā)熒光；、能激發(fā)熒光；3、能使相片底片感光；、能使相片底片感光；4、可以貫穿可見光所無法穿透的一些物體；、可以貫穿可見光所無法穿透的

14、一些物體；5、射線足夠強(qiáng)時(shí)，能破壞細(xì)胞組織；、射線足夠強(qiáng)時(shí)，能破壞細(xì)胞組織；6、放射性物質(zhì)的溫度總是高于周圍物質(zhì)的溫度，并且周圍物質(zhì)、放射性物質(zhì)的溫度總是高于周圍物質(zhì)的溫度，并且周圍物質(zhì)吸收了射線之后，溫度也會(huì)升高。吸收了射線之后，溫度也會(huì)升高。放射是一個(gè)能量釋放的過程放射是一個(gè)能量釋放的過程天然放射性元素的衰變方式有下列三種：天然放射性元素的衰變方式有下列三種： 在這三種射線中，在這三種射線中， 射線的電離本領(lǐng)射線的電離本領(lǐng)最強(qiáng)，最強(qiáng)， 射線的電離本領(lǐng)最弱；射線的電離本領(lǐng)最弱； 射線貫射線貫穿物體的本領(lǐng)最弱，而穿物體的本領(lǐng)最弱，而 射線貫穿物體射線貫穿物體的本領(lǐng)最強(qiáng)；的本領(lǐng)最強(qiáng)； 射線的電離

15、本領(lǐng)和貫穿射線的電離本領(lǐng)和貫穿本領(lǐng)都介于本領(lǐng)都介于 和和 射線之間。射線之間。 衰變衰變從核中放出光子的過程。從核中放出光子的過程。 衰變衰變從核中放出從核中放出 粒子的過程；粒子的過程； 粒子：粒子：42He 衰變衰變核中放出電子的過程；核中放出電子的過程； 粒子：電子粒子：電子 粒子：光子粒子：光子 原子核是否具有放射性及其衰變方式原子核是否具有放射性及其衰變方式, 取決于核的內(nèi)在性取決于核的內(nèi)在性質(zhì)，與溫度、壓強(qiáng)、電場(chǎng)或磁場(chǎng)等外界條件無關(guān)。理論和實(shí)驗(yàn)質(zhì)，與溫度、壓強(qiáng)、電場(chǎng)或磁場(chǎng)等外界條件無關(guān)。理論和實(shí)驗(yàn)證明，在核衰變的過程中，原子核的數(shù)目隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律而證明，在核衰變的過程中，原子核的

16、數(shù)目隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律而減少。減少。 ddNN t 0,tNN e 為衰減常數(shù)為衰減常數(shù) 以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的次數(shù)來表示物體以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的次數(shù)來表示物體放射性的強(qiáng)弱，稱為放射性活度，以放射性的強(qiáng)弱，稱為放射性活度，以A表示。表示。 單位：?jiǎn)挝唬?01Ci3.70 10 Bq11Bq = 1s ; 0ddtNAN et 0tAA e 放射性活度減弱為原來的一半時(shí)所經(jīng)放射性活度減弱為原來的一半時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，稱為放射性元素的半衰期歷的時(shí)間，稱為放射性元素的半衰期 002AA e ln20.693 各種放射性元素半衰期的長(zhǎng)短相差很大，例如，鈾（各種放射性元素半衰期的長(zhǎng)短相差很大，例如，鈾

17、（ ）的半衰期為的半衰期為 a (a表示以年為單位表示以年為單位),鐳的半衰期為鐳的半衰期為1600 a,釙的半衰期為釙的半衰期為 s。23892U94.5 10 73 10 此外，和其它物理過程一樣，原子核的衰變過程也要遵從此外，和其它物理過程一樣，原子核的衰變過程也要遵從電荷守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒等自然界的普遍規(guī)律。衰變前電荷守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒等自然界的普遍規(guī)律。衰變前各原子核的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)的總和應(yīng)分別等于衰變后的總和。各原子核的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)的總和應(yīng)分別等于衰變后的總和。 4422XYHeAAZZ （ 衰變） 011XYeAAZZ （ 衰變） 例如：例如： 這兩個(gè)公式通常稱為核

18、衰變過程中的這兩個(gè)公式通常稱為核衰變過程中的位移定則位移定則 。000000( d)11ed1.44ln2NttNTN ttNN ln20.693TT 或或： 的半衰期為的半衰期為1600a ，10g純的純的 活度是多少？活度是多少？這一樣品經(jīng)過這一樣品經(jīng)過400a和和6000a時(shí)的活度又分別是多少？時(shí)的活度又分別是多少？22688Ra22688Ra10g10g純純 的核數(shù)為：的核數(shù)為： 22688Ra23220106.023 102.66 10226N 鐳的衰變常量為：鐳的衰變常量為：11170.6930.693/1.37 10(s )1600 3.156 10 起始活度為：起始活度為：11

19、2211001.37 102.66 103.65 10 (Bq)AN 10(Ci) 400/111116004000023.65 1023.07 10 (Bq)8.3(Ci)tteAAA 60001110160060003.65 1022.71 10 (Bq)0.73(Ci)A 0tAA e 再由活度衰減公式：再由活度衰減公式：ln2002ttA eA 00ttAA eN e 1934年，約里奧年，約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)，用粒子轟擊各種物質(zhì)時(shí)，經(jīng)過核反居里夫婦發(fā)現(xiàn)，用粒子轟擊各種物質(zhì)時(shí)，經(jīng)過核反應(yīng)所產(chǎn)生的新元素是不穩(wěn)定的，是一種放射性元素。這種用人為方法產(chǎn)生應(yīng)所產(chǎn)生的新元素是不穩(wěn)定的，是一種放射

20、性元素。這種用人為方法產(chǎn)生放射性元素的現(xiàn)象，稱為放射性元素的現(xiàn)象，稱為人工放射性現(xiàn)象人工放射性現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生人為放射性同。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生人為放射性同位素提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。位素提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 例如：例如： 1411417061NnCH 14140671CNe 是放射性同位素是放射性同位素, 半衰期約為半衰期約為5730 a 146C多年后地球大氣中的多年后地球大氣中的14C已達(dá)到了恒定的豐度，約為已達(dá)到了恒定的豐度，約為 101.3 10% 根據(jù)射線能使物質(zhì)的原子、分子電離的性質(zhì)根據(jù)射線能使物質(zhì)的原子、分子電離的性質(zhì), ,將射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?hào)，供電子儀器采集。目前將

21、射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘?hào)，供電子儀器采集。目前使用的射線探測(cè)器種類很多，從射線在探測(cè)器內(nèi)產(chǎn)生的效應(yīng)和使用的射線探測(cè)器種類很多，從射線在探測(cè)器內(nèi)產(chǎn)生的效應(yīng)和探測(cè)器的工作介質(zhì)，可分為氣體電離室、閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器的工作介質(zhì)，可分為氣體電離室、閃爍探測(cè)器、半導(dǎo)體探測(cè)器和熱釋光劑量計(jì)等。例如：蓋革計(jì)數(shù)器。探測(cè)器和熱釋光劑量計(jì)等。例如：蓋革計(jì)數(shù)器。 放射性的一個(gè)重要應(yīng)用是鑒定古物年齡。放射性的一個(gè)重要應(yīng)用是鑒定古物年齡。(1960(1960年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)) )20032003年河北省某地考古遺跡中發(fā)現(xiàn)有古時(shí)的粟。一些這年河北省某地考古遺跡中發(fā)現(xiàn)有古時(shí)的粟。一些這種粟的樣品中含有

22、種粟的樣品中含有1g1g碳，它的活度經(jīng)測(cè)定為碳，它的活度經(jīng)測(cè)定為 122.8 10Ci 這些粟的年齡？（碳的半衰期：這些粟的年齡？（碳的半衰期：5730a5730a） 1g 新鮮碳中的新鮮碳中的 14C 核數(shù)為核數(shù)為 ：23121006.023 101.3 10/126.5 10N 這些粟的樣品活著的時(shí)候，活度應(yīng)為：這些粟的樣品活著的時(shí)候，活度應(yīng)為：10700012(ln2)/0.693 6.5 10 /(5730 3.156 10 )0.25(Bq)6.8 10(Ci)ANN 由于由于 ，按，按 計(jì)算可得：計(jì)算可得：122.8 10CitA 0.639 /0ttAA e 1201257306

23、.8 101nln7300( )0.6930.6932.8 10tAtaA 據(jù)考證這些粟是世界上發(fā)現(xiàn)的最早的粟。據(jù)考證這些粟是世界上發(fā)現(xiàn)的最早的粟。14C在地球大氣中的恒定豐度為在地球大氣中的恒定豐度為 ：101.3 10% 第一節(jié)用高能粒子轟擊原子核使原子核發(fā)生改變的過程叫做用高能粒子轟擊原子核使原子核發(fā)生改變的過程叫做核反應(yīng)核反應(yīng)。其中：其中：a是入射粒子，是入射粒子，b是反應(yīng)后放出的粒子；是反應(yīng)后放出的粒子；X是被轟擊是被轟擊的原子核，稱為靶核；的原子核，稱為靶核；Y是形成的新核，稱為反沖核。是形成的新核，稱為反沖核。 491212460HeBeCn5.7MeV 1932年查德威克首次發(fā)

24、現(xiàn)中子；年查德威克首次發(fā)現(xiàn)中子；1784134pLi( B)2 He 8.03MeV 第一次用加速粒子引發(fā)的核反應(yīng)；第一次用加速粒子引發(fā)的核反應(yīng)；10413113015270610BHeNnCen 首次發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)；首次發(fā)現(xiàn)正電子的核反應(yīng)；例如：XaYbAAZZ 235114489192056360UnBaKr2 n200MeV 一種可能的鈾核裂變反應(yīng)；一種可能的鈾核裂變反應(yīng)；4141712781HeNOp1.19MeV 1919年盧瑟福第一次人工核嬗變；年盧瑟福第一次人工核嬗變； 23411120HHHen17.6MeV 氫彈爆炸的熱核反應(yīng)；氫彈爆炸的熱核反應(yīng)； 把輕核聚合成較重的中等

25、質(zhì)量的原子核，或把重核分裂把輕核聚合成較重的中等質(zhì)量的原子核，或把重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，都會(huì)放出大量能量。成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，都會(huì)放出大量能量。 前者叫做前者叫做輕輕核聚變核聚變，后者叫做，后者叫做重核裂變重核裂變，這是獲得原子核能的兩種途徑。，這是獲得原子核能的兩種途徑。 重核分裂的過程相對(duì)較易產(chǎn)生，實(shí)際上，天然放射性元重核分裂的過程相對(duì)較易產(chǎn)生，實(shí)際上，天然放射性元素就在自發(fā)地進(jìn)行這種過程，但是這種過程不容易用人工的素就在自發(fā)地進(jìn)行這種過程，但是這種過程不容易用人工的方法加以控制；另一方面由于功率太低，所以不能加以大量方法加以控制；另一方面由于功率太低，所以不能加以大量利用。

26、利用。 利用重核裂變時(shí)釋放的原子核能，只是在利用重核裂變時(shí)釋放的原子核能，只是在1938年開始年開始發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾（發(fā)現(xiàn)用中子轟擊鈾（ ）等幾種重核時(shí)的分裂現(xiàn)象后，）等幾種重核時(shí)的分裂現(xiàn)象后，才成為可能。才成為可能。 23592U235113995192054380UnXeSr2 n （鈾裂變方式之一）（鈾裂變方式之一） 一個(gè)一個(gè) 核分裂時(shí)放出約核分裂時(shí)放出約 的能量，而且分裂時(shí)放的能量，而且分裂時(shí)放出的再生中子又能夠引起另外出的再生中子又能夠引起另外的的 核的分裂。依次滾雪球核的分裂。依次滾雪球似的擴(kuò)大，似的擴(kuò)大， 可使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行可使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下去，下去， 并不斷釋放出大量原子并不斷釋

27、放出大量原子核能。這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。核能。這種反應(yīng)稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。195MeV23592U23592U要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾要到達(dá)一定的體積（臨界體積）和質(zhì)量要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾要到達(dá)一定的體積（臨界體積）和質(zhì)量（臨界質(zhì)量）。當(dāng)幾塊質(zhì)量小于臨界質(zhì)量的鈾很快的合攏起（臨界質(zhì)量）。當(dāng)幾塊質(zhì)量小于臨界質(zhì)量的鈾很快的合攏起來而總質(zhì)量超過臨界質(zhì)量時(shí)來而總質(zhì)量超過臨界質(zhì)量時(shí), 就會(huì)發(fā)生極猛烈的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而引就會(huì)發(fā)生極猛烈的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而引起爆炸。原子彈的構(gòu)造就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。起爆炸。原子彈的構(gòu)造就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。 235113995192054380UnXeSr2 n 一般反應(yīng)堆都應(yīng)該包括三個(gè)部分：一般

28、反應(yīng)堆都應(yīng)該包括三個(gè)部分：(1) 某種可以分裂的物質(zhì)（即某種可以分裂的物質(zhì)（即核燃料）核燃料）, 有的用天然鈾，有的用的濃縮鈾有的用天然鈾，有的用的濃縮鈾 ；(2)減速劑；減速劑；(3) 冷卻劑。在冷卻劑。在 裂變時(shí)放出的原子核能，通過某種冷卻劑裂變時(shí)放出的原子核能，通過某種冷卻劑吸收熱能使反應(yīng)堆的溫度不致增高，并把原子核能傳輸?shù)椒磻?yīng)吸收熱能使反應(yīng)堆的溫度不致增高，并把原子核能傳輸?shù)椒磻?yīng)堆外，以供應(yīng)用。堆外，以供應(yīng)用。 23592U23592U為保護(hù)工作人員，反應(yīng)堆外以及其他有放射性的部分都用足夠?yàn)楸Ｗo(hù)工作人員，反應(yīng)堆外以及其他有放射性的部分都用足夠厚的混凝土壁屏蔽起來，操作則通過遠(yuǎn)距離自動(dòng)控

29、制來實(shí)現(xiàn)。厚的混凝土壁屏蔽起來，操作則通過遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)。 輕核聚變是利用原子核能的另一種方法，在高溫下，使輕輕核聚變是利用原子核能的另一種方法，在高溫下，使輕核聚合而放出大量原子核能的反應(yīng)稱為熱核反應(yīng)。氫同位素氘核聚合而放出大量原子核能的反應(yīng)稱為熱核反應(yīng)。氫同位素氘（ ）和氚（）和氚（ ）聚合形成氦核（）聚合形成氦核（ ）是一個(gè)比較容易產(chǎn)）是一個(gè)比較容易產(chǎn)生的熱核反應(yīng)，它的反應(yīng)式是生的熱核反應(yīng)，它的反應(yīng)式是 ： 21H31H42He23411120HHHen 聚變釋放的能量比鈾核裂變大聚變釋放的能量比鈾核裂變大10倍。倍。輕核聚變需要巨大的能量克服帶電粒子輕核聚變需要巨大的能量克服帶電

30、粒子靠近時(shí)的靜電斥力，通過引爆原子彈，靠近時(shí)的靜電斥力，通過引爆原子彈，產(chǎn)生幾百萬度的高溫，引發(fā)熱核反應(yīng)，產(chǎn)生幾百萬度的高溫，引發(fā)熱核反應(yīng)，引爆氫彈。引爆氫彈。太陽太陽利用聚變的熱核武器稱為氫彈。利用聚變的熱核武器稱為氫彈。國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃是當(dāng)今世界最大的大科）計(jì)劃是當(dāng)今世界最大的大科學(xué)工程國(guó)際科技合作計(jì)劃之一，也是迄今我國(guó)參加的規(guī)模學(xué)工程國(guó)際科技合作計(jì)劃之一，也是迄今我國(guó)參加的規(guī)模最大的國(guó)際科技合作計(jì)劃。最大的國(guó)際科技合作計(jì)劃。 氫彈爆炸是一種不可控制的熱核反應(yīng)。在人工控制下進(jìn)行的氫彈爆炸是一種不可控制的熱核反應(yīng)。在人工控制下進(jìn)行的熱核反應(yīng)叫做熱核反應(yīng)叫做受控?zé)岷朔磻?yīng)受控?zé)岷朔磻?yīng)，它能夠根據(jù)需要控制熱核反應(yīng)的，它能夠根據(jù)需要控制熱核反應(yīng)的速度，使之緩慢而均勻地進(jìn)行，以能適應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。速度，使之緩慢而均勻地進(jìn)行，以能適應(yīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用。 本次課小結(jié)126 C271u 1.660566 10 kg JNP(1) ; 2ePJ Jm nAZN2/E AmcA 單位：?jiǎn)挝唬?01Ci3.70 10 Bq00t