反应堆的核物理基础.PPT

.结合能、比结合能 观察比结合能曲线可以发现： 56Fe的比结合能最大； A 30时： 对于轻核，其比结合能很小，这说明轻核结合的较为松散； 曲线的趋势是上升的，并且有明显的起伏； 对于A为4的倍数的原子核，其比结合能都较大，这些原子核的质子数和中子数都是偶数，并且Z和N相等。 当A 30时： 比结合能ε≈8MeV，即比结合能近似为常数，即B∝A，这间接证明了核力具有饱和性。 .结合能、比结合能 核能利用的两种方式 轻核：A25，中等核：25≤A≤150，重核：A150 ①轻核的聚变 几个轻核结合为一个中等质量的和，比结合能增加，向外界放出能量。 17.41MeV 2.结合能、比结合能 ②重核的裂变 一个重核分裂为几个中等质量的核，比结合能增加，向外界放出能量。 核结合能的经验公式 原子核模型理论： 从实验入手对原子核作各种各样的设想，把它类比为人们已经熟悉的某种事物，来研究原子核的性质、结构和相互作用的规律，解释已有的实验现象(如结合能、核力、核衰变、核反应等) ，探索预告新的实验结果。 在原子核的模型理论中，较早提出并且取得极大成功的模型是玻尔(N.Bohr)提出的液滴模型。 除液滴模型外，还有壳模型、集体模型、费米气体模型等。 一种模型理论是否成功，根本在于是否能经受实验的检验。 1).核力具有饱和性，与液体中分子的饱和性相似。 液滴模型： 把原子核类比为一个液滴。 主要根据有两个： 2).原子核是不可压缩的，与液体的不可压缩性相类似。 由于质子带正电，原子核的液滴模型把原子核当作带正电荷的液滴。 根据液滴模型，结合能半经验公式为： 体积能项 表面能项 库仑能项 对称能项 奇偶项 体积能项：结合能中的主导项，由于核力的饱和性，它正比于核体积（V ? A）。 表面能项：表面核子的核力没有饱和。表面核子的结合弱，要从体结合能减去一部分。该部分正比于核的表面积 (S ? A2/3) 库仑能项：核内有Z个质子，它们之间存在库仑斥力，使结合能变小。 对称能项：反映核内的中子数与质子数是否相等，若它们相等时为零。 奇偶项：由核内 N，Z 的奇偶性确定。不同奇偶性的核有 不同的对能项。 偶偶核 奇A核 奇奇核 理论与实验结果比较： 1、理论与实验结果比较相符； 2、仅当Z，N＝20，28，50，82等幻数时有偏离； 3、轻核的理论结果与实验差别也较大。 ——原因：液滴模型给出的是统计的平均结果 av、as、ac、asym、ap为大量拟合实验得到的常数。 4、 递次衰变 许多放射性核素并非一次衰变就达到稳定，而是它们的子核仍有放射性，会接着衰变…… 直到衰变的子核为稳定核素为止，这样就产生了多代连续放射性衰变，称之为递次衰变或级联衰变。 例如： 天然放射系 地球的年龄大约有10亿年。经过漫长的时间后，还能保存下来的天然放射系，其母核(或衰变链中的子核)的半衰期都很长，要和地球年龄相近或更长，目前发现地球上还存在着三个天然放射系，分别为： 钍系 铀系 和 锕系 (1)、钍系（4n系） 钍系从 开始，经过连续10次衰变，最后到达稳定核素 是4的整数倍 的质量数 子体中半衰期最长为5.75a，所以钍系建立起长期平衡需要几十年时间。 (2)、铀系（4n+2系） 铀系从 开始，经过连续14次衰变，最后到达稳定核素 是4的整数倍+2 的质量数 子体中半衰期最长为2.45×105a，所以铀系建立起长期平衡需要几百万年时间。 (3)、锕系（4n+3系） 锕系从 开始，经过连续11次衰变，最后到达稳定核素 是4的整数倍+3 的质量数 子体中半衰期最长为3.28×104a，所以锕系建立起长期平衡需要几十万年时间。 (4)、（4n+1系）镎系 是4的整数倍+1 的质量数 天然放射系中缺少4n+1放射系，人工造成。 镎系从 开始，经过连续11次衰变，最后到达稳定核素 。 半衰期2.14×106a比地球年龄小很多 2 放射性衰变的基本规律 A、放射源中的原子核数目巨大。 B、放射性原子核是全同的。 C、放射性衰变是一个统计过程。 不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律；具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变概率表示。 前提条件： ⑴指数衰减规律 将一定的222Rn单独存放，记录其剩余的原子核数随时间变化的情况。将数据绘制成曲线如下图所示： 如果将计数值取对数，曲线则变为一条直线，如下图所示： 可写出斜线的表达式为： ㏑N0－㏑N(t)＝λt 将上式改写为指数