放射核化学.ppt

235U核在裂变时，可能放出2～4个次级中子，假定其中有两个能繁殖进一步的裂变反应，即一分为二，二分为四……，则在n次之后，将获得2n个中子。 计算表明，在10－6 s中有大约85个裂变，以致15 kg 235U在差不多不需什么时间产生的裂变就能放出1012 kJ能量，这样将引起猛烈的爆炸。 总之，只要倍增系数K(＝N/N0，N0为前一代的中子数，N为后一代的中子数)大于1，哪怕K＝1.001，最后必然引起核爆炸。除235U之外，233U和239Pu也具有相同的性质。 第二次世界大战美国投在日本广岛、长崎的原子弹，其中一颗是铀弹，另一颗则是钚弹。 慢中子引起235U裂变的几率比快中子大，而235U裂变产生的次级中子为快中子。 为了进行可控制的慢中子链式裂变反应，设计了称作核反应堆的装置。堆中置入核燃料235U，开始裂变产生的快中子在与减速剂重水或石墨多次碰撞中速率被减慢成慢中子，并在铀燃料中插入可移动的能吸收多余中子的Cd(或Gd、B等)控制棒，使培增系数恰好等于1。这样就可以让链式裂变缓慢进行并放出大量的热能。 核反应的热能如果用热交换器产生高压水蒸气，推动汽轮机带动发电机用以发电，这样得到的电通常称作核电。核电的成本低，核燃料容易运输和储备，比燃煤干净。 利用核反应堆可以制取放射性同位素或其他核燃料，如用中子轰击5927Co、23892U和23290Th分别得到6027Co、23992U和23390Th。前者用于癌症化疗，而23992U和23390Th分别经过两次β衰变变成新的核燃料23994Pu和23392U。 * 第12章 放射性和核化学 12.1 放射性衰变过程－自发核反应 12.2 放射性衰变动力学 12.3 核的稳定性和放射性衰变类型的预测 12.4 质量亏损和核结合能 12.5 核裂变与核聚变 12.6 超重元素的合成 第12章 放射性和核化学 原子核通过自发衰变或人工轰击而进行的核反应与化学反应有根本的不同： 第一，化学反应涉及核外电子的变化，但核反应的结果是原子核发生了变化。 第二，化学反应不产生新的元素，但在核反应中，一种元素嬗变为另一种元素。 第三，化学反应中各同位素的反应是相似的，而核反应中各同位素的反应不同。 第四，化学反应与化学键有关，核反应与化学键无关。 第五，化学反应吸收和放出的能量大约为10～103 kJ·mol－1，而核反应的能量变化在108～109 kJ·mol－1。 最后，在化学反应中，反应前后物质的总质量不变，但在核反应中会发生质量亏损。 12.1 放射性衰变过程－自发核反应 12.1.1 基本粒子简介 基本粒子是泛指比原子核小的物质单元，包括电子、中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核实验中所发现的一系列粒子。 已经发现的基本粒子有30余种，连同它们的共振态(基本粒子相互碰撞时，会在短时间内形成由二个、三个粒子结合在一起的粒子)共有300余种。 许多基本粒子都有对应的反粒子。 每一种基本粒子都有确定的质量、电荷、自旋和平均寿命，它们多数是不稳定的，在经历一定的平均寿命后转化为别种基本粒子。 根据基本粒子的静止质量大小及其他性质差异可将基本粒子分为四类：光子、轻子、介子和重子(包括核子，超子)。 一些重要的基本粒子的性质已经确定并列成了表，认识这些基本粒子的特性对了解放射性衰变具有重要意义。 物质是无限可分的，基本粒子的概念将随着人们对物质结构认识的进展而不断发展。 事实上，“基本粒子”也有其内部结构，因而不能认为“基本粒子”就是物质最后的最简单且基本的组成单元，而且，也并非所有的基本粒子都存在于原子核中，一些基本粒子，如正电子、介子、中微子等都是核子(质子和中子的总称)——核子以及质——能相互作用的副产物。 正电子在独立存在时是稳定的，但与电子相遇时就一起转化为一对光子。 反质子P－与质子具有相同的特征，只是电荷相反，在自然界反质子不能稳定存在，因为它能同物质相互作用而迅速毁灭。 如果由一个中子10n变为一个质子11P和一个电子 0－1e(三个粒子的自旋均为1/2)时，为了平衡自旋需要生成一个中微子00ν。中微子静止质量为0，电中性，自旋1/2，以光速运动，几乎不被物质所吸收，穿透力极强。 可以将中子看成是被等量的负电