文档介绍：核裂变与核聚变
1).自发裂变-原子核没有外来粒子轰击自行发生裂变
一般表达式
;。
(1)裂变能
由能量守恒可以导出自发裂变的裂变能
自发裂变发生的条件:。
从比结合能曲线看,即可满足此条件。
(2)裂变势垒与穿透势垒概率
从上面讨论可见,原子核就可能发生自发裂变。但实验发现很重的核才能发生,有能量放出只是原子核自发裂变的必要条件,具有一定大小的裂变概率,才能在实验上观察到裂变事件。
和衰变的势垒穿透类似,原子核自发裂变也要穿透一个势垒,这种裂变穿透的势垒称为裂变势垒。势垒穿透概率的大小和自发裂变半衰期密切相关,穿透概率大,半衰期就短,穿透概率小,半衰期就长。而且,自发裂变半衰期对于裂变势垒的高度非常敏感,例如,垒高相差,自发裂变半衰期可以差到倍。根据核的液滴模型可得裂变势垒的近似公式
式中球形核的表面能。
随着的加大,裂变势垒高度降低。因而自发裂变的概率增加。较小的核,尽管满足,但因裂变势垒太高,很难穿透势垒,所以,这些核对自发裂变是稳定的。。
(3)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。
对: ,;
故裂变份额
对:,;
故裂变份额
对:则裂变份额:。
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,会进而发生裂变。入射粒子可以是带电粒子或中子,主要研究是中子,它是链式核反应的主要过程。
其一般表达式为
一般假定靶核是静止的,中子的动能为。
先看复合核的形成过程。由能量守恒
可得到
其中为复合核的激发能。由于在质心系中讨论比较方便,给出入射粒子在质心系中的动能为
。
由最后一个中子的结合能的定义:
所以,在质心系中,复合核的激发能
可见,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。根据复合核激发能和裂变势垒的大小,可以分热中子核裂变和阈能核裂变两种情况讨论。
(1)热中子核裂变
以为例,可表达为
由于热中子的能量,
所以,的激发能
所以,
而的裂变势垒。只有核的激发能超过裂变势垒高度时,裂变概率才显著增大,才能从实验上观察到裂变发生。这样的核素称为易裂变核,同样的易裂变核还有。
(2)阈能核裂变-中子须大于一定能量才有较大的概率发生核裂变。
以为例
;
其裂变势垒
由公式
和前讨论的一样,在质心系中裂变前后体系的动量均为零,只要,就容易发生裂变,所以
代入,得到发生核裂变的阈能:
这样,中子能量必须大于某一阈能的核裂变称为阈能核裂变。能发生阈能核裂变的核素有,等。
引起上述差别的原因可以归纳为下面两点:
中子被核俘获后形成复合核。复合核处于激发态,它将发生集体振荡并改变形状。按液滴模型,这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一分为二。裂