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阅读 7269 次 历史版本 2个 创建者:莱布尼 (2010/7/6 19:50:53)  最新编辑:張嘉年 (2014/3/8 8:00:12)
核反应
拼音:hefanying
英文:nuclear reaction
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原子核-内部结构模型图
原子核-内部结构模型图
  中文名称:核反应
  英文名称:nuclear reaction

  定义:核子或其他粒子靶核碰撞,导致靶核质量、电荷或能态发生变化的现象。反应前后的核子数、电荷数、能量和动量都守恒。
  所属学科: 电力(一级学科) ;核电(二级学科)


  核反应,指粒子(如中子光子π介子等)或原子核与原子核之间的相互作用引起的各种变化。
  
  核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然核反应合成的,在恒星上发生的核反应是恒星辐射出巨大能量的源泉。此外,宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应。自然界的碳14大部分是由宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。
  
  1919年英国E.卢瑟福用天然放射性物质的α粒子轰击,首次用人工实现了核反应。30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成,为研究核反应提供了强有力的工具。目前已能将质子加速到5×105兆电子伏,将铀原子核加速到约9×104兆电子伏,并能获得介子束。高分辨率半导体探测器的使用,大大提高了测量核辐射能量的精度。核电子学计算机技术的发展,从根本上改善了数据的获取和处理能力。在过去半个多世纪里,研究过的核反应数以千计,制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种,发现了300余种基本粒子,获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识。
原子核-内部结构模型表
原子核-内部结构模型表

  

概述

 
  在核反应中,用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子,被轰击的原子核称为靶核,核反应发射的粒子称为出射粒子,反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A,发射出射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示:
 
A+a─→B+b

或简写为: 
A(a,b)B

若a、b为同种粒子,则为散射,并根据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射,用A(a,a)A和A(a, a′)A*表示。给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种,例如:
          


每一种核反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道,出射粒子和剩余核组成出射道。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。如:
                


  发生某种核反应的几率用核反应截面来表征。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件,核反应才能发生,相应的反应道称为开放的,或简称开道,反之为闭道。核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放,前者称为吸能反应,后者称为放能反应。反应能常用Q表示,等于反应后与反应前体系动能之差,可标明在核反应方程式中,例如:
 
3H+2H→4He+n+Q   Q=17.6MeV

对于吸能反应,仅当入射粒子的动能高于阈能(Eth)时才能引起核反应:
              


式中ma和mA分别为入射粒子和靶核的质量。带电粒子进入靶核前要穿越靶核附近势能高的区域──库仑势垒,动能高于势垒的入射粒子才有较大的反应截面。当入射粒子相对于靶核运动的轨道角动量不等于零时,还要克服离心势垒,才能进入靶核。
  

分类

 
  按入射粒子的不同,核反应可分为三类:

  1.中子核反应,如中子的弹性散射(n,n)、非弹性散射(n,n′),中子的辐射俘获(n, γ),发射带电粒子的核反应(n,p)、(n,α)等,又如中子裂变反应(n,f),发射两粒子的核反应(n,2n)、(n,pn)等;

  2.带电粒子核反应,如质子引起的核反应(p, γ)、(p, n)、(p, p)、(p, p′)、(p,α)、(p,2n)等,氘核引起的核反应(d,n)、(d,p)、(d,α)等,α粒子引起的核反应(α,n)、(α,2n)、(α,p)等,重离子引起的核反应(12C,4n)、(22Ne,6n)等;

  3.光核反应,即光子引起的核反应,如(γ, n)、(γ, p)、(γ, α)及(γ,f)等。
  
  按入射粒子的能量,核反应又可粗分为三类:①低能核反应,入射粒子能量低于108电子伏,对于较轻的重离子, 每个核子平均能量低于107电子伏(如108电子伏的碳12核),也属于低能核反应的范畴,低能核反应的出射粒子的数目最多为3~4个;②中能核反应,入射粒子能量在108~1010电子伏之间;③高能核反应,入射粒子能量大于1010电子伏。
  

核反应机理

 
  由于对核力的本质还没有完全研究清楚,对于核反应机理的描述还只能是唯象的,即通过总结实验结果建立核模型。

    扩展阅读[我来完善]

  • 1.E.Segré,Nuclei and Particles,2nd ed., Benjamin, Reading, Mass., 1977.
  • 2.卢希庭主编:《原子核物理》,原子能出版社,北京,1981。
  • 3.P. E. Hodgson, Nuclear Reactions and Nuclear Structure,Clarendon Press, Oxford, 1971.

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