第七章续 原子核物理概论

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1、第十节裂变与裂变能的利用n裂变理论Ø裂变能和释放能量条件对于反应AXA1YA2X的裂变能为：ZZ1Z2EM(Z,A)M(Z,A)M(Z,A)931.5fAA11A22根据质量亏损的计算，Ef=0的临界状态对应于A≈100，Z≈44，A大于100的核裂变为放能反应，A小于100的核裂变为吸能反应。1Ø裂变过程和激活能激活能：使原子核裂变需要提供的最低能量裂变过程：原子核由于外界作用发生振动变形，如果从外界获得的能量大于表面张力的束缚，它的变形将进一步增大，直至分裂为两个核。外界提供能量的方法通常是用具有一定能量的中子轰击原子核。2一些原子核的裂变激活能原子核激活能原子

2、核激活能/MeV/MeV242239Pu4.0U5.8238233Np4.2Th6.5234226U4.6Ra7.6236U5.33n裂变截面中子和重核作用的主要效应：裂变(n,f)f辐射俘获(n，)——中子损失；c散射(n,n)s——中子慢化。这些过程相互竞争，究竟哪个过程占优由它们的截面决定4一些重核对热中子(0.025eV)的截面（b）原子核σaσfσcσs233U578525530235U6835821010236U2.7102.718.3天然铀7.684.183.508.3239Pu10287422869.6241Pu140010253750热中子：在室温下与周围物

3、质处于热平衡的中子，平均动能0.025eV(T=300K)，速度2200m/s吸收截面：afc5裂变条件：入射中子在质心系中的动能加上中子与靶核的结合能大于复合核的裂变激活能。热中子能使235U裂变，但不能使238U裂变，因为中子和它们的结合能不同。对235U，结合能为6.4MeV，超过了复合核236U的激活能（5.3MeV），因此，中子不需要附加的动能就能引起核裂变。对238U，结合能为4.9MeV，而复合核239U的激活能为5.8MeV，因此，只有当中子的动能约大于1.0MeV才能发生裂变。6n裂变产物Ø裂变碎片：每种核通常有多种裂变方式，因此可能产生多种碎片核。如铀-2

4、35的裂变可能产生钡和氪，或者氙和锶，或者碲和锆等等1448956Ba+36Kr+3n14094235236*54Xe+38Sr+2nn+U→U13797TeZr2n52407裂变碎片通常是不稳定的，有些要经过多次β衰变才能变为稳定的核。144144144144144Ba→La→Ce→Pr→Nd89898989Kr→Rb→Sr→Y140140140140140XeCs→Ba→La→Ce949494SrY→Zr8IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA0211氦氢HHe4

5、103567892铍氖锂Li注*的是人造元素硼B碳C氮N氧O氟FBeNe11121317181415163钠镁铝氯氩硅Si磷P硫SNaMgAlClAr2021282930313233343536192223242526274钙钪镍铜锌镓锗砷硒溴氪钾K钛Ti钒V铬Cr锰Mn铁Fe钴CoCaScNiCuZnGaGeAsSeBrKr3738464748505152543940414243444549535铷锶钯银镉锡锑碲氙铱Y锆Zr铌Nb钼Mo锝Tc钌Ru铑Rh铟In碘IRbSrPdAgCdSnSbTeXe55567879808283848586*727374757677816铯钡铂金汞铅铋

6、钋砹氡镧系铪Hf钽Ta钨W铼Re锇Os铱Ir铊TlCsBaPtAuHgPbBiPoAtRn8788104*105*106*107*108*109***1101111121131141151161171187钫镭锕系UunUuuUubUutUuqUupUuhUusUuoFrRaRfDbSgBhHsMt57646566676869707158596061*6263*镧系元素镧钆铽镝钬铒铥镱镥铈Ce镨Pr钕Nd钷Pm钐Sm铕EuLaGdTbDyHoErTmYbLu1038996*97*98*99*100*101*102*9909192939495****锕系元素锕锔锫锎锿镄钔锘钍Th镤Pa铀

7、U镎Np钚Pu镅Am铹AcCmBkCfEsFmMdNoLrØγ射线：裂变碎片或碎片ß衰变的子核通常处于激发态，会通过辐射退激，因此核裂变通常伴随γ辐射。Ø裂变中子1）瞬发中子：碎片核通常中质比过高，且具有很高的激发能，因而碎片产生后会立即释放出一些过多的中子来，称为瞬发中子，占裂变中子的98%以上。2）缓发中子：裂变碎片ß衰变子核的激发能大于和中子的结合能时发射出来的中子。发生在裂变后几秒至几分钟的时间内，占裂变中子的1%~2%。10一个235