1、 比結合能：原子核的比結合能是原子核的結合能與該原子核的核子數之比E/A。 意義：它表示每個核子的平均結合能，有時稱為平均結合能。 比結合能可以看成把原子核拆成自由核子時，平均對每個核子所做的功。因此，比結合能的大小，可用來表示原子核結合得松緊的程度。 比結合能越大的原子核結合得越緊，也就比較穩定； 比結合能較小的原子核結合得較松，也就不太穩定。第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 不同質量的原子核其比結合能的大小是不同的。 中

2、等質量的原子核平均結合能大，而輕核和重核的平均結合能小。 由比結合能曲線的特性，可以對核能的利用獲得如下啟示：若能使比結合能小的或比較小的原子核的結構發生變化，使它變成比結合能大的或比較大的原子核，就能放出一定的能量。 利用原子核能的思路。其辦法是將比結合能較小的重核分裂成兩個比結合能比較大的中等核，這樣就可以放出能量來，重核分裂放出的能量稱為裂變能?；蛘咻p核聚變釋放能量。第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 核力 在原子核中，質子與質子間存在著靜電斥力，這種力不可能維持原于核的穩定性。除此之外，核子間還有萬有引力，但是這種力非常小，也不能使核子形成穩定系統。因

3、此在核子之間一定存在著一種引力。通常把這種引力稱為“核力”。關于核力的詳細情況，現在還不十分清楚，但從已知的事實，明確了核力具有以下的特性。 1核力的近程性 從散射實驗中發現，當粒子和核的距離小到10-1410-15m時，服從庫侖定律。當粒子能量很大而更接近核時，粒子受到遠比由庫侖定律算得的斥力為大的一種引力核力作用。由此可知，核子間只有在極短距離時，才有核力的作用。核力是一種近程的作用力，它的作用距離的數量級為10-15m。 當核子間距離接近時，核力比庫侖力增加得更為迅速；但在距離增大時，核力就急劇威小為零。第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 2核力的飽和性

4、 原子核的比結合能大致相等，即原子核的結合能近似地與核子數A成正比。從這一事實可以推斷：核中每個核子只與它最鄰近的有限數目的幾個核子發生相互作用，而不與核內所有的其他核子都發生相互作用，就是說核力具有飽和性。 3核力與電荷無關性 不管核子帶電與否，它們的結合能都相等。由此可見，質子和中子在核中的穩定性是一樣的，也就是說，質子與質子、中子與中子、中子與質子之間的核力是大致相等的，這表明核力與核于是否帶電無關，這就是核力與電荷無關性。用中子流通過含氫物質來進行中子與質子的散射實驗(n，p散射)或用高速質子流在氫氣中進行質子與質子的散射實驗(p-p散射)時，發現 這種核子間的引力都約略相等，這對核力

5、與電荷無關性更提供了直接的驗證。 關于核力的本質，理論認為：核力是一種交換力，核力是核子間通過介子的交換而相互作用的。介子的核力理論雖能定性地說明一些事實，但這種理論還很不完善，還有待進一步的研究和發展。第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎核反應： 用高能粒子(如質子、中子轟擊原子核而轉變為新核及另一粒子的過程，叫做核反應，這些過程用下式表示：在核反應中，出射粒子可以與入射粒子同類也可以不同類。出射粒子與入射粒子同類的核反應，一般稱為散射。在散射過程中，原子核的種類雖然不變，但也廣義地稱為核反應。 大量實驗表明，所有的核反應都遵守下列幾條守恒定律： 核子數守恒：

6、反應前后核子數目必須相等。 電荷守恒：反應前后所有粒子的電荷之和必須相等。 動量守恒：由于不受外力作用，所以反應前后系統的動量必須守恒，反應前后系統的動量和都等于零。 能量守恒：反應前后系統的能量(包括靜止能量)必須守恒。核反應的機制復合核 首先入射粒子被靶核俘獲而形成復核，此時入射粒子的能量將很快分配給復核中的全部核子，使復核處于不穩定的激發狀態。接著，出射粒子從復核中飛出，這是由于核子間能量分配有漲落，由于這種漲落，使某個核子或核子集團獲得了足夠使它們由核中飛出的能量，于是它們就脫離復核。核反應的兩個階段可以用下式表示： 同一種復核可以有幾種不同的形成方式，也可以有幾種不同的衰變(或蛻變)

7、方式。復核衰變(或蛻變)時，射出的粒子可以與射入的粒子屬于同一類，也可以屬于不同類并且也可以放出射線而使核趨于穩定。而復核究竟是放出哪一種粒子，這完全是各種可能反應相互競爭的過程，而與復核的“歷史”(過程的第一階段)無關。 共振：當入射粒子具有某些特定能量，而這些能量正好使形成的復核具有某一激發能級的能量時，引起核反應的幾率將劇烈增加。這種現象稱為“共振”。 三階段描述：核反應過程大體上分成三個階段，稱為核反應過程的三階段描述。 第一階段是“獨立粒子階段”。當入射粒子接近靶核時，可看成是在整個靶核的勢場中運動，入射粒子保持相對獨立性。在這一階段中，入射粒子與原子核整體發生相互作用，可能發生兩種

8、情況，以一是粒子進入靶核，被靶核吸收，二是粒子被靶核彈出來，這就是彈性散射(即形狀彈性散射或勢散射)o 第二階段是“復合系統階段”。入射粒子被靶核吸收后，就和核中的核子作用而交換能量與動量，因而不再看成是處在整個靶核作用下的外來單獨粒子，而應看作是靶核與入射粒子形成了所謂“復合系統”。在這一階段中，入射粒子可能在與核子作用過程中直接就把反應推向第三階段，此時入射粒子在不同程度上保留了原有特性，也可能入射粒子與靶核多次作用后不斷損失能量，最后與靶核融為一體形成復核，此時入射粒子的原有特性已經消失，同其他核子共處于動平衡狀態中?？梢?，復合系統這個概念比復核的概念廣泛一些，它只是入射粒子和核子交換能

9、量的一個過程，而并不考慮入射粒子和其他核于是否有所區別。 第三階段是核反應的“最后階段”，在這一階段中，復合系統分解成出射粒子和新核。產生中子的核反應1、（，n）反應用粒子轟擊某些輕原子核（7Li、9Be、11B、19F等）可產生1Mev13Mev能量的中子。 73Li（，n）105B 94Be（，n）126B 115B（，n）147N 199F（，n）2211Na 94Be的中子產額最高，能量最大，是最常用的靶物質。常見母體：210Po、226Ra、239Pu第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 2、（，n）反應某些原子核受到射線照射時也會發射出中子-光激中子

10、。 射線源產生的射線能量4Mev，故靶核僅限于中子結合能較低的鈹和氘。 94Be（ ，n）84B 21H（ ，n）11B常見的母體：12451Sb、 14057La、2411Na、 7231Ga第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 3、（p，n）和（d，n）反應用質子或氘核轟擊輕原子核，也可以產生中子。73Li（p，n）74Be 73Li（d，n）84Be 高能（p，n）反應氘剝裂反應-中子放出，質子被靶核吸收4、（n，f）反應 n+235UX1 + X2 + (2-3)n + 第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎中子引起的核反應

11、1、中子按能量的分類 冷中子 E0.002ev （1）慢中子: 0E1kev 熱中子0.002evE1ev 超熱中子1ev10Mev） 彈性散射，非彈性散射反應堆中，高能中子極少，可忽略不計。只考慮中能中子和慢中子引起的散射反應和吸收反應第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎中子的散射(1)彈性散射 勢散射: 未進入靶核內,僅被核勢場散射 n+AzXAzX+ n 復合彈性散射 n+AzX(A+1zX) AzX+ n對于彈性散射,靶核內能沒有變化，用經典力學方法處理。在熱中子反應堆中,中子慢化起主要作用的是彈性散射. 第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物

12、理基礎原子核物理基礎 (2)非彈性散射:動量守恒,動能不守恒,中子損失的能量轉變為靶核的內能-激發態-射線-基態。 特點： 射線 復合非彈性散射 n+AzX(A+1zX)* AzX*+ n AzX* AzX+ 直接非彈性散射 n+AzXAzX*+ n AzX* AzX+ 中子能量高，反應堆中極少出現第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 3、中子的吸收中子的吸收反應主要發生在低能區。（n，）、（n，f）、（n，）、（n，p），并都經歷復合核過程。（1）輻射俘獲靶核俘獲中子后形成處于激發 態的復合核 生成核基態 n+AzX(A+1zX) A+1zX+ 生成核并不一定

13、是穩定的，經過衰變穩定第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎 （n，）反應從輕核到重核都能發生，在熱中子作用下，幾乎所有的元素都能發生這種反應。（2）裂變反應U-235、Pu-239、U-233，各種能量的中子都能引起核裂變，但熱中子轟擊下，核反應的幾率更大。U-238、Th-232，只有在快中子轟擊下才能引起核裂變。第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎核截面和核反應率1、中子密度與中子通量密度單位體積內的自由中子數稱為中子密度，用n表示，單位是1/m3中子束強度：中子通量密度：微觀截面與核反應率宏觀截面：是中子在單位路程中與靶核發

14、生相互作用的幾率。同理，宏觀散射截面是中子在單位路程中與靶核發生散射的幾率。所有其他的宏觀截面也都具有類似的意義。五、核裂變反應裂變產物：瞬發中子：緩發中子：裂變能反應堆剩余功率第四講：核反應堆物理第四講：核反應堆物理原子核物理基礎原子核物理基礎核反應的機制復合核 首先入射粒子被靶核俘獲而形成復核，此時入射粒子的能量將很快分配給復核中的全部核子，使復核處于不穩定的激發狀態。接著，出射粒子從復核中飛出，這是由于核子間能量分配有漲落，由于這種漲落，使某個核子或核子集團獲得了足夠使它們由核中飛出的能量，于是它們就脫離復核。核反應的兩個階段可以用下式表示：慢中子引起的核反應: 輻射俘獲(n,)反應,(n,)反應,(n,p)反應和(n,f) 反應（2）、中能中子（1kevE0.5Mev）主要是彈性散射，其次輻射俘獲（3）、快中子（ 0.5Mev E10Mev） 彈性散射，非彈性散射（4）、高能中子（ E10Mev） 彈性散射，非彈性散射反應堆中，高能中子極少，可忽略不計。只考慮中能中子和慢中子引起