核反應的原理?

【專家解說】：核反應百科名片 核反應(nuclear reaction)，是指粒子(如中子、光子、π介子等)或原子核與原子核之間的相互作用引起的各種變化。 目錄[隱藏] 簡介 定義定義1 定義2 定義3 定義4 定義5 原理 分類 特點簡介 定義 定義1 定義2 定義3 定義4 定義5 原理 分類 特點 [編輯本段]簡介 核反應是指入射粒子(或原子核)與原子核(稱靶核)碰撞導致原子核狀態(tài)發(fā)生變化或形成新核的過程。反應前后的能量、動量、角動量、質量、電荷與宇稱都必須守恒。 核反應是宇宙中早已普遍存在的極為重要的自然現(xiàn)象?，F(xiàn)今存在的化學元素除氫以外都是通過天然核反應合成的，在恒星上發(fā)生的核反應是恒星輻射出巨大能量的源泉。 此外，宇宙射線每時每刻都在地球上引起核反應。自然界的碳14大部分是宇宙射線中的中子轟擊氮14產(chǎn)生的。1919年英國的E.盧瑟福用天然放射性物質的α粒子轟擊氮，首次用人工實現(xiàn)了核反應。30年代初加速器的出現(xiàn)和40年代初反應堆的建成，為研究核反應提供了強有力的工具。目前已能將質子加速到5×105兆電子伏，將鈾原子核加速到約9×104兆電子伏，并能獲得介子束。高分辨率半導體探測器的使用，大大提高了測量核輻射能量的精度。核電子學和計算機技術的發(fā)展，從根本上改善了數(shù)據(jù)的獲取和處理能力。在過去半個多世紀里，研究過的核反應數(shù)以千計，制備出了自然界不存在的放射性核素約2000種，發(fā)現(xiàn)了300余種基本粒子，獲得了有關核素性質、核轉變規(guī)律、核結構、基本粒子以及自然界四種相互作用的規(guī)律和相互聯(lián)系的大量知識。 [編輯本段]定義 定義1 我們來分析一下“原文”中對“核反應”的定義:“原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程,稱為核反應”.這個定義明顯是有一定局限性的,實際上描述的是另外一種原子核反應類型--原子核的人工轉變(包括重核裂變等)。 定義2 像鈾、釷和鐳這些放射性元素,原子核內的質子和中子可以連續(xù)地由高能排列變成低能排列,這就稱為“核反應”,釋放出來的多余能量叫做“原子核能[1]”。 定義3 當用一定能量的人射核子去轟擊原子核時,由于兩者之間的相互作用而引起原子核的變化,這個過程稱為核反應.歷史上第一個人工核反應是1919年盧瑟福用天然放射源(釙Po)產(chǎn)生的7 定義4 所謂核反應,是指原子核受一個粒子撞擊而放出一個或幾個粒子的過程[1].在對其研究的過程中,實驗工作者常采用靜止的實驗室坐標系,進行數(shù)據(jù)的實際測量。 定義5 原子核反應及方程式原子核發(fā)生轉變的過程稱為核反應.書寫核反應方程的依據(jù)是反應前、后電荷數(shù)不變,質量數(shù)也不變。 [編輯本段]原理 在核反應中，用于轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核，核反應發(fā)射的粒子稱為出射粒子，反應生成的原子核稱為剩余核或產(chǎn)物核。入射粒子a轟擊靶核A，發(fā)射出射粒子b并生成剩余核B的核反應可用以下方程式表示: A+a→B+b 或簡寫為: A(a,b)B 若a、b為同種粒子，則為散射，并根據(jù)剩余核處于基態(tài)還是激發(fā)態(tài)而分為彈性散射和非彈性散射，用A(a,a)A和A(a,a′)A*表示，給定的入射粒子和靶核能發(fā)生的核反應往往不止一種。每一種核反應稱為一個反應道。反應道由入射道和出射道構成。入射粒子和靶核組成入射道，出射粒子和剩余核組成出射道。同一入射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。 發(fā)生某種核反應的幾率用核反應截面來表征。只有滿足質量數(shù)、電荷、能量、動量、角動量和宇稱等守恒條件，核反應才能發(fā)生，相應的反應道稱為開放的，或簡稱開道，反之為閉道。核反應過程總是伴隨著能量的吸收或釋放，前者稱為吸能反應，反者稱為放能反應。反應能常用Q表示，等于反應后與反應前體系動能之差，可標明在核反應方程式中，例如: 3H+2H→4He+n+Q Q=17.6MeV 對于吸能反應，僅當入射粒子的動能高于閾能(Eth)時才能引起核反應。 核反應按其本質來說是質的變化，但它和一般化學反應有所不同?；瘜W反應只是原子或離子的重新排列組合，而原子核不變。因此，在化學反應里，一種原子不能變成另一種原子。核反應乃是原子核間質點的轉移，致使一種原子轉化為它種原子，原子發(fā)生了質變。核反應的能量效應要比化學反應的大得多。核反應能常以兆電子伏計量，而化學反應能一般只有幾個電子伏。例如:核反應不是通過一般化學方法所能實現(xiàn)的，而是用到很多近代物理學的實驗技術和理論。首先要用人工方法產(chǎn)生高能量的核“炮彈”，如氦原子核、氫原子核、氘原子核等，利用這些“炮彈”猛烈撞擊別的原子核，從而引起核反應。各種各樣的加速器，都是為了人工產(chǎn)生帶電的高能粒子用做核“炮彈”來進行核反應的。當1932年人們發(fā)現(xiàn)中子后，不但對原子核的結構有了正確的認識，而且發(fā)現(xiàn)中子是一種新型的核“炮彈”。由于中子不帶電荷，它和原子核之間不存在電排斥力，因而用它來產(chǎn)生核反應時，比用帶電的其他高能粒子效果好得多。一些工廠有核反應堆。 核反應通常分為四類:衰變、粒子轟擊、裂變和聚變。前者為自發(fā)發(fā)生的核轉變，而后三種為人工核反應(即用人工方法進行的非自發(fā)核反應)。 [編輯本段]分類 按入射粒子的不同，核反應可分為三類:①中子核反應，如中子的彈性散射(n,n)、非彈性散射(n,n′)，中子的輻射俘獲(n,γ),發(fā)射帶電粒子的核反應(n,p)、(n,α)等，又如中子裂變反應(n,f)，發(fā)射兩粒子的核反應(n,2n)、(n,pn)等;②帶電粒子核反應，如質子引起的核反應(p,γ)、(p,n)、(p,p)、(p,p′)、(p,α)、(p,2n)等，氘核引起的核反應(d,n)、(d,p)、(d,α)等，α粒子引起的核反應(α,n)、(α,2n)、(α,p)等，重離子引起的核反應(12C,4n)、(22Ne,6n)等;③光核反應，即光子引起的核反應，如(γ,n)、(γ,p)、(γ,α)、(γ,f )等。 按入射粒子的能量，核反應又可粗分為三類:①低能核反應，入射粒子能量低于108電子伏，對于較輕的重離子，每個核子平均能量低于107電子伏(如108電子伏的碳12核)，也屬于低能核反應的范疇，低能核反應的出射粒子的數(shù)目最多為3~4個;②中能核反應，入射粒子能量在108~1010電子伏之間;③高能核反應，入射粒子能量大于1010電子伏。 [編輯本段]特點 1、連鎖反應 某些核反應存在連鎖反應的現(xiàn)象，如:U-235和中子的核反應:只要有一個中子轟擊U-235，就會放出3個中子，3個中子再去轟擊U-235就會生成9個中子，這樣連續(xù)下去，在幾微秒的時間里，就使反應進行得非常劇烈而放出巨大的能量，具有這種特點的反應，我們稱之為連鎖反應。原子彈的爆炸能夠如此劇烈，就是由于發(fā)生了連鎖反應。 2、伴隨核輻射 在U-235與中子的核反應中，如果反應不密封的話，產(chǎn)生的中子會以光速射向周圍環(huán)境，形成輻射。以光速運動的微小粒子都能產(chǎn)生輻射。輻射看不見、摸不著。但是可以通過儀器測得。少量的輻射對人體不產(chǎn)生影響，而且人類還利用輻射為人類造福，例如醫(yī)院用X光給病人做胸透，化療是目前治療癌癥比較常用的方法，其原理就是利用輻射來殺死癌細胞。但是輻射量一多，就會對人體產(chǎn)生傷害。比如X光可以用于檢查疾病，但是如果孕婦照X光的話，就有可能導致嬰兒畸形或基因變異。同樣，接受化療的病人，會有脫發(fā)、惡心、乏力等副反應出現(xiàn)。劑量再大一點的輻射，還會使成人產(chǎn)生基因變異，誘發(fā)血癌、皮膚癌等疾病。大量的輻射，還會燒傷甚至燒死一切有生命的物質。 3、高效 4、清潔、無污染 核能是清潔、無污染的新能源: 以法國為例:1980-1986年間，法國核電占總發(fā)電量的比例由24%-70%，在此期間法國總發(fā)電量增加40%，而排放的含硫物質降低了9%，塵埃減少了36%。大氣質量明顯改善。