(26)--8-2 原子能的开发与利用.pdf

8.1原子能的开发与利用

原子核反应

放射性核衰变是不稳定核的自发转变，核反应是用具有一定能量的粒子轰击

一个原子核，使其放出某种粒子而转变为新原子核的过程。研究核反应的重

要目的之一是获取核能：裂变能和聚变能。

一、核反应的一般规律

1.几个著名的核反应

历史上第一个人工核反应

1441171417

7N+He→H+ON(,)O

21878

云室中α粒子撞击氮原子核反应

1919年由卢瑟福完成。这是人类历史上第一次人工实现“点金术”—使一个元

素变成了另一个元素。

第一个在加速器上实现的核反应

1932年，英国科克饶夫特和瓦尔顿发明高压倍加器，并把质子加速到500千电

子伏，实现如下核反应：

71447

Li+H→H+HLi(,α)α

31223

释放的粒子每一个具有8.9MeV动能;输入能量为0.5MeV，因此，净输出能

量17.3MeV。这是释放核能的一个例子。

2．核反应中的守恒定律

在所有原子核反应中，下列物理量总量在反应前后是不变的：①电荷，②核

子数，③总质量和联系的总能量，④线动量，⑤角动量，⑥宇称，这是原子

核反应的守恒定律。

二、核反应中的能量关系

反应能Q：核反应中所放出的净能量。

+→+

0123静质量

0123动能

质量/能量守恒：

2222

+++=+++

00112233

⇒=+−+=+−+2

23010123

Q0为放能反应；Q0为吸能反应；Q=0为弹性散射。

原子能的利用

原子能指原子核的结合能发生变化时所释放的核能。从结合能上可知，重核

和轻核的结合能都低于中等核，因此重核裂变和轻核聚变都可释放原子能。

一、重核裂变

1.用中子引起的铀核裂变

1932年中子发现后，人们利用中子研究各种核反应。1939年，哈恩、居里等

人发现U被撞击后，分裂为两个具有中等质量的核。这是一种新型的核反应，

称之为核裂变。

238235

U裂变需要1.1Mev以上的快中子；U裂变只需要0.025eV的慢中子（热中

子），且效率高。

2351236

U+→U→+

92092

X，Y为裂变产物（有三、四十种），分布于一较宽的范围。分裂成三、四个

产物的几率很小。

2.重核裂变能

235

一个U核裂变，以分为两个质量相等的中等原子核估算，放出的能量是：

E=21188.5-2367.6=210(MeV)

12323

一克铀：总=235×6.02×10×210MeV=5.38×10MeV

相当于2.5吨煤燃烧的能量！

3.链式反应

235