核物理基礎(chǔ)與輻射防護-4.ppt

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1、第四章核裂變與核聚變NuclearFission–NuclearFusion2009-05-3014.1原子核的裂變反應(yīng)1、自發(fā)裂變和誘發(fā)裂變自發(fā)裂變：沒有外來粒子轟擊，原子核自行裂變的現(xiàn)象。誘發(fā)裂變：在外來粒子轟擊下，原子核才發(fā)生裂變的現(xiàn)象。1939年，哈恩和史特拉斯曼發(fā)現(xiàn)：利用中子轟擊U時，產(chǎn)物中存在鋇。隨后，梅特納和弗里什指出：U在中子的轟擊下，分裂為兩個中等質(zhì)量核素，稱這種現(xiàn)象為裂變（二分裂變）。1947年，錢三強和何澤惠發(fā)現(xiàn)了核裂變的三分裂現(xiàn)象。2009-05-302(1)自發(fā)裂變(a)自發(fā)裂變的一般表達式：其中(b)自

2、發(fā)裂變的裂變能由能量守恒：2009-05-303發(fā)生自發(fā)裂變的條件：從比結(jié)合能曲線看，A>90即可滿足該條件(c)原子核的穩(wěn)定性與裂變勢壘與α衰變的勢壘穿透類似，原子核自發(fā)裂變也要穿透一個勢壘，稱為裂變勢壘。自發(fā)裂變半衰期對于裂變勢壘的高度非常敏感。重核大多數(shù)具有?放射性，自發(fā)裂變與?衰變是相互競爭的過程，它們是重核蛻變的兩種形式。裂變碎片是很不穩(wěn)定的原子核，一方面碎片處于較高的激發(fā)態(tài)，另一方面它們是遠離?穩(wěn)定線的豐中子核而發(fā)射中子，所以自發(fā)裂變核又是一種很強的中子源。2009-05-304(2)誘發(fā)裂變在外來粒子的轟擊下，靶核與入

3、射粒子形成復(fù)合核，復(fù)合核一般處于激發(fā)態(tài)，當其激發(fā)能大于裂變勢壘時，會發(fā)生裂變。(a)中子誘發(fā)裂變的一般表達式為：入射粒子可以是帶電粒子或中子，主要研究中子誘發(fā)裂變。復(fù)合核的形成過程中，由能量守恒：設(shè)靶核靜止，入射中子的動能為Tn2009-05-305復(fù)合核激發(fā)能復(fù)合核的激發(fā)能為最后一個中子的結(jié)合能和中子的相對運動動能之和。2009-05-306當時，復(fù)合核會發(fā)生裂變。即：對確定的復(fù)合核，根據(jù)其裂變勢壘Eb和其最后一個中子的結(jié)合能Bn(Z,A+1)的大小，不等式右邊可以小于等于熱中子能量，也可以大于熱中子能量。這兩種情況對入射中子能量

4、Tn的要求不同。據(jù)此我們也就可以分可以分熱中子核裂變和閾能核裂變兩種情況討論。2009-05-307(b)熱中子核裂變以為例，可表示為：由于熱中子的能量所以，的激發(fā)能：而的裂變勢壘：故熱中子可以誘發(fā)裂變。這種熱中子可誘發(fā)裂變的核素稱為易裂變核。2009-05-308(c)閾能核裂變以為例，可表示為：若仍為熱中子，由于而的裂變勢壘：故熱中子不能誘發(fā)裂變。這種熱中子不能誘發(fā)裂變的核素稱為不易裂變核。2009-05-309由：這種中子能量必須大于一定的數(shù)值才能引起的核裂變稱為閾能核裂變。能誘發(fā)閾能核裂變的中子的最小能量稱為誘發(fā)裂變閾能。2

5、009-05-3010關(guān)于易裂變核與不易裂變核的討論：1)、中子被核俘獲后形成復(fù)合核，復(fù)合核處于激發(fā)態(tài)，將發(fā)生集體振蕩并改變形狀。以和為例的的的值略小，其裂變概率也略小。2)、復(fù)合核的激發(fā)能與裂變勢壘的關(guān)系。為奇N核，歡迎再來一個中子與它成對。因此，中子與結(jié)合的很緊，結(jié)合能為，而復(fù)合核的裂變勢壘僅為，從而容易裂變。為偶偶核，外來中子的結(jié)合能比較小，中子與的結(jié)合能為，而復(fù)合核的裂變勢壘為因此中子能量必須大于某一數(shù)值才能發(fā)生核裂變。2009-05-30112、裂變后現(xiàn)象中子進入靶核所形成的復(fù)合核處于激發(fā)態(tài)，復(fù)合核可能發(fā)生裂變，裂變會產(chǎn)生

6、裂變碎片。如碎片的質(zhì)量、能量、釋放的中子、?射線等。裂變后現(xiàn)象指裂變碎片的性質(zhì)：2009-05-3012(1)裂變過程(a)中子被靶核吸收形成復(fù)合核(b)復(fù)合核裂變?yōu)閮蓚€裂變碎片(c)初級碎片發(fā)射中子(d)次級碎片發(fā)射?射線(e)初級產(chǎn)物?-衰變到穩(wěn)定核素遠離?穩(wěn)定線的豐中子核，具有很高的激發(fā)能。通常為1～3個中子，稱為瞬發(fā)裂變中子。次級裂片的激發(fā)能小，不能發(fā)射中子，而主要以發(fā)射?光子形式退激，稱為瞬發(fā)?射線。在連續(xù)?衰變過程中，有些核素可能具有較高的激發(fā)能，可以發(fā)射中子，稱為緩發(fā)中子。2009-05-3013(2)裂變碎片的質(zhì)量分

7、布裂變碎片按質(zhì)量分布的產(chǎn)額。對稱分布：非對稱分布：Z?100和Z?84考慮二分裂情況，X和Y的質(zhì)量分布稱為對稱裂變90?Z?98稱為非對稱裂變2009-05-3014低激發(fā)態(tài)重核的裂變多以非對稱方式發(fā)生。如235U，裂變碎片質(zhì)量分布呈馬鞍形。重碎片質(zhì)量的峰值是A＝140，輕碎片質(zhì)量的峰值為A＝96。而對A＝118的碎片僅占0.01%。對各種裂變核的重碎片的質(zhì)量的峰值都在A＝140附近，而輕碎片的質(zhì)量隨裂變核而改變，裂變碎片幾乎包括了大多數(shù)的中等質(zhì)量核素。裂變碎片是得到放射性同位素的重要來源。2009-05-3015(3)裂變中子裂變

8、中子可分為瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子。對為瞬發(fā)中子的能量是連續(xù)的，服從麥克斯韋分布?？梢郧蟪銎淦骄芰?。緩發(fā)中子產(chǎn)生于裂變產(chǎn)物的某些β衰變鏈中。其數(shù)量占全部中子的1％。可控核裂變的實現(xiàn)取決于緩發(fā)中子的控制。2009-05-3016每次裂變釋放