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1． 原子核的结合能 （1）质量亏损：“1+1≠2” 原子核既然是中子和质子所组成，那么原子核的质量应该等于核内中子和质子的质量之和,实际情况并非如此。 如 =1.008665μ =1.007277μ =2.013552μ =2.015942μ 所以 可见，核子结合成原子核时，有质量亏损。 * （2）结合能 根据爱因斯坦质能关系 　 原子核具有一定的质量亏损，这表明有能量的释放。 在原子核结合过程中所释放出的能量，就称为结合能。结合能的精确定义是 , 其中是 氢原子的质量， 是中子的质量， 是原子核为(Z、A)的原子的质量。 * 3）比结合能：原子核平均每个核子所具有的结合能(B／A)。 物理实验极其准确地测出了各种原子的质量以及质子和中子的质量，从而给出了原子核的结合能，以及单个核子所具有的比结合能B／A，它们的数值分别列在图12-13中。 从上图可知，比结合能曲线两头低，中间高，换句说：中等质量核素的比结合能比轻核、重核都大。正因如此，重核裂变成中等核，以及轻核聚变成中等核时，都有能量的释放。我们把原子核结构发生变化时所放出的能量，称为原子能。（又称原子核能，简称核能） 图12-13核子的比结合能 * 2. 原子能的可能的释放模式 　下面介绍几种原子能的可能的释放模式。 (1) .原子核的衰变 这是指某一原子核自发地演变成为另一原子核并放出相应的粒子或核的过程。典型的例子如 238Pu(钚) → 234U(铀)+ 4He十5．6MeV 其半衰期是87.84年。 这是一个有实际用途的衰变。虽然这一由衰变提供的能量只能是小型的能源，但由于它们的半衰期长达近90年，所以通常是利用它们做小型发电装置，如提供卫星上使用的能源。 * （2）.原子核裂变 这有两种模式，一种是由重原子核自发地碎裂成两个半块，并释放出约200Mev的能量，这称为自发裂变。例如 235 U(铀) → 两个成分不相同的碎块 + 200 Mev 另一种模式是在中子作用下而引发的核裂变,有的核裂变同时还释放出约2或3个中子，如 n + 235U(铀) → 两个碎块 + 2或3个中子 + 200MeV n + 239Pu(钚) → 两个碎块 + 2或3个中子 + 200MeV 式中的n表示入射的中子 * （3）.原子核聚变，即由轻原子核聚合成为质量数A较大的核。典型的例子如 * （4）.原子核碎裂 这是指高能粒子轰击到原子核上后，往往会将原子核打击成很多碎块，同时也释放出某些能量。例如 p(质子，1Gev)十238U → 碎裂成其它核 + 45n + 200Mev 这实际上是吸热反应，因为入射质子的能量高达1Gev，而释放出的能量包括中子在内，也仅为340 Mev。然而由于这一反应出现大量的中子，所以将在今后的原子能利用中起重要作用。 * 12.6.2 裂变与聚变 1.裂变 （1）.裂变能产生的原理 水能是利用水流的机械能,燃烧煤、油、气是利用它们的化学能,核能则是利用质子和中子在合成原子核时发生的质量亏损所相当的能量。这些能量,可按爱因斯坦质能关系式来求得。 1932 年, 物理学家费米用中子轰击铀 235U, 结果发现: 一个235U核在吸收一个 ( 慢 ) 中子后, 成为处于高活性的235U 核, 235U核很快分裂成两个或更多质量较小的原子核,同时放出 2～3 个中子,并释放出约 200 兆电子伏特的能量。 裂变现象的发现,立刻引起了人们的极大关注。这不仅因为在裂变过程中释放出大量能量,而且更为重要的是,每次裂变都伴随着中子的发射,平均一个235U核裂变产生的中子为 2.5个。这些中子又去轰击另外的235U 核,再引起新的裂变 将裂变不断地继续下去，形成链式反应。只有在链式反应中,核能不断释放,大规模利用核能才有可能。 * 维持链式反应持续进行的条件是: 当一个铀核吸收一个中子发生裂变,则裂变后所释放的中子平均至少有一个能引起另一个铀的裂变 ,即新一代中子数 N 必须等于或稍大于前一代的中子数N0 ,即 K=N/N0≥1( 其中 K 为倍增系数 )。K=1 的情况称为临界状态,一个系统达到临界状态时的质量称为临界质量, 此时核燃料的体积称为临界体积。一个有核燃料的系统能否达到临界, 要与三个因素有关。第一 ,与核燃料及能够慢化中子和吸收中子的材料的种类、数量、成分和布置方式有关。天然铀中, 235U 的含量约占 0.724%, 而且该核裂变产生的是快中子,再引发别的235U 核裂变的几率很小,故目前广泛采用提高天然铀中235U的比例 ( 称为浓缩 )和使用慢化剂( 将快中子转化为慢中