【正文】 反應(yīng)的總概率 ， 記為 σt =∑σi。 ?核反應(yīng)中的各種截面均與入射粒子的能量有關(guān) ， 截面隨入射粒子能量的變化關(guān)系稱為激發(fā)函數(shù) ，即 σ(E)~E的函數(shù)關(guān)系。與此函數(shù)相應(yīng)的曲線為激發(fā)曲線。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?核反應(yīng)截面和產(chǎn)額 ?已知截面即可求核反應(yīng)的產(chǎn)額，入射粒子在靶體引起的核反應(yīng)數(shù)與入射粒子數(shù)之比，稱為核反應(yīng)的產(chǎn)額。與反應(yīng)截面、靶的厚度、組成等有關(guān)。 Y=N/I0= 入射粒子引起的核反應(yīng)數(shù) /入射粒子數(shù)。 ?對入射帶電粒子，當(dāng)它通過靶體時(shí)不僅會(huì)發(fā)生核反應(yīng)，還要通過電離損失而損失能量，因此，入射帶電粒子在靶體不同深度處能量是不等的，而反應(yīng)截面是入射粒子能量的函數(shù)，所以不同深度處的核反應(yīng)截面是不同的。對薄靶的情況，入射粒子在靶體中的能量損失可以忽略，即發(fā)生反應(yīng)的粒子數(shù)遠(yuǎn)小于入射粒子的強(qiáng)度，即 I~I0。 ?當(dāng)靶厚大于粒子在靶中的射程，則產(chǎn)額計(jì)算要考慮因電離損失而損失能量的影響。 《 核安全綜合知識(shí) 》 核裂變及核能的利用 知識(shí)要點(diǎn) ： ?自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 ?裂變后現(xiàn)象 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 知識(shí)要點(diǎn) ： 自發(fā)裂變、誘發(fā)裂變 ?哈恩和斯特拉斯曼于 1939年 1月正式確認(rèn) ,中子束輻照鈾靶的產(chǎn)物中，觀察到了 Ba和 Ra的放射性同位素 。邁特納 ()和福里施 ()對上述實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行了解釋 ,指出鈾核的穩(wěn)定性很差，在 俘獲中子之后本身分裂為質(zhì)量差別不很大的兩個(gè)核 ，裂變(Fission)一詞就是由他們提出來的。 ?裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，立刻引起人們的極大的注意。裂變過程中釋放出巨大的能量，并都伴隨著中子的發(fā)射。這些中子將使裂變自持地繼續(xù)下去，形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而使原子能的大規(guī)模利用成為可能。發(fā)現(xiàn)裂變到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)堆的建立，僅僅花了四年的時(shí)間， 1942年 12月第一個(gè)鈾堆在美國投入運(yùn)行。 ?在沒有外來粒子轟擊下 ,原子核自行發(fā)生裂變的現(xiàn)象叫 自發(fā)裂變 ；而在外來粒子轟擊下，原子核才發(fā)生裂變的現(xiàn)象稱為 誘發(fā)裂變。 ?質(zhì)量較小的核合成質(zhì)量較大的核的過程稱為 核聚變 。人們對受控核聚變雖然進(jìn)行了多年研究，取得了一定的成就，但離實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x。本章重點(diǎn)討論核裂變及其有關(guān)問題。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 ?自發(fā)裂變發(fā)生的條件 ： 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒、如果裂變成兩個(gè)碎片，兩裂片的結(jié)合能大于裂變核的結(jié)合能。仔細(xì)研究比結(jié)合能曲線可以發(fā)現(xiàn)，對于不是很重的核，例如 A90，就可滿足此條件。 ?裂變碎片是很不穩(wěn)定的原子核 ，一方面碎片處于較高的激發(fā)態(tài)，另一方面它們是遠(yuǎn)離 β 穩(wěn)定線的豐中子核而發(fā)射中子，所以 自發(fā)裂變核又是一種很強(qiáng)的中子源 。超钚元素的某些核素，如 244Cm， 249Bk（锫），252Cf， 255Fm（鐨）等具有自發(fā)裂變的性質(zhì)，尤其以 252Cf最為突出。1g的 252Cf體積甚至小于 1cm3，每秒可發(fā)射 。 ?能發(fā)生自發(fā)裂變的核素不多，大量的裂變過程是 誘發(fā)裂變 ，即當(dāng)具有一定能量的某粒子轟擊靶核時(shí)，形成的復(fù)合核發(fā)生裂變，其過程記為A(a,f1 )f2 或 A(a,f)表示裂變。其中 f1， f2代表二裂變的裂變碎片。當(dāng)形成復(fù)合核時(shí)，復(fù)合核一般處于激發(fā)態(tài)，其激發(fā)能 E*超過它的裂變位高壘高度 Eb時(shí)，那么核裂變就會(huì)立即發(fā)生。 ?誘發(fā)裂變 中， 中子誘發(fā)裂變是最重要的 、也是研究最多的誘發(fā)裂變。由于中子與靶核沒有庫侖勢壘，能量很低的中子就可進(jìn)入核內(nèi)使其激發(fā)而發(fā)生裂變。裂變過程又有中子發(fā)射，可能形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這也是中子誘發(fā)裂變受到關(guān)注的原因。以 235U(n,f)反應(yīng)為例， 熱中子 (即入射中子能量為 )即可產(chǎn)生誘發(fā)裂變 : n+ 235U→ 236U*→X+Y+ νn。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 ?復(fù)合核模型的基本思想與液滴模型相似，也是把原子核比作液滴 。當(dāng)入射粒子射入靶核后，它與周圍核子發(fā)生強(qiáng)烈相互作用，經(jīng)過多次碰撞，能量在核子之間傳遞，最后，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。從而完成復(fù)合核的形成。復(fù)合核一般處于激發(fā)態(tài)，復(fù)合核的激發(fā)能由入射粒子的相對運(yùn)動(dòng)動(dòng)能（即在質(zhì)心系的動(dòng)能）和入射粒子與靶核的結(jié)合能 BaA之和 ,即： E*=mXTn/(mn+mA)+Bn,X。 式中， BnX為中子與靶核的結(jié)合能， Tn仍為在實(shí)驗(yàn)室系中的入射粒子的動(dòng)能。根據(jù) 復(fù)合核激發(fā)能和裂變勢壘的相對大小，可以分為熱中子核裂變和閾能核裂變兩種情況 討論。 ?熱中子核裂變 ：仍以 235U為例 ，其中熱中子動(dòng)能 Tn=，所以，復(fù)合核的激發(fā)能為 E*=BnX=，它大于 236U的位壘高度Eb=,所以，熱中子即可誘發(fā)裂變。此外， 233U和 239Pu也能由熱中子引起裂變，這些核稱為易裂變核。 ?閾能核裂變 ：以 238U為例，若仍以熱中子轟擊， 239U*的激發(fā)能為E*=BnX= ， 但 239U的位壘高度 Eb=，這說明裂變核的激發(fā)能比其裂變位壘高度低 ,不容易發(fā)生裂變。但是如果入射的不是熱中子，而是入射 En=Tn≥ 的快中子時(shí)， 則 239U*的能量狀態(tài)提高到勢壘頂部，就可以立即產(chǎn)生裂變。因此 En= 238U產(chǎn)生誘發(fā)裂變的閾能。除 238U外，還有 232Th等，稱為不易裂變核 (或可裂變核 )。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ? 裂變后現(xiàn)象 知識(shí)要點(diǎn) ： 裂變碎片的質(zhì)量分布 、 裂變能及其分配 、 裂變中子 ? 裂變后現(xiàn)象是指裂變碎片的各種性質(zhì)及其隨后的衰變過程及產(chǎn)物 ，如 碎片的質(zhì)量、能量、釋放的中子、 γ射線 等。 ? 原子核裂變后產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)量不同的碎片，它們受到庫侖排斥而飛離出去，使得裂變釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化成碎片的動(dòng)能 ，這兩個(gè)碎片稱為初級碎片。初級碎片是很不穩(wěn)定的原子核，這一方面是由于碎片具有很高的激發(fā)能，另一方面它們是遠(yuǎn)離 β 穩(wěn)定線的豐中子核，因而能直接發(fā)射中子 （通常發(fā)射 13個(gè)中子）。 ? 發(fā)射中子后的裂片的激發(fā)能小于核子的平均結(jié)合能 （ 8MeV） 不足以發(fā)射核子 ,主要以發(fā)射 γ光子的形式退激 。在上述過程中發(fā)射的中子和 γ光子是在裂變后小于 1016s的短時(shí)間內(nèi)完成的，所以稱為 瞬發(fā)裂變中子和瞬發(fā) γ光子 。發(fā)射中子后的裂片稱為次級裂片或稱裂變的初級產(chǎn)物 。發(fā)射 γ光子后初級產(chǎn)物仍是豐中子核，經(jīng)過多次 β 衰變鏈，最后轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的核素。 ? 對不同的裂變核就會(huì)有不同的衰變鏈， β 衰變的半衰期一般是大于 102s。相對于瞬發(fā)裂變中子和 γ射線，這是慢過程。 在連續(xù) β 衰變過程中，有些核素可能具有較高的激發(fā)能，其激發(fā)能超過中子結(jié)合能，就有可能發(fā)射中子，這時(shí)發(fā)射的中子稱為 緩發(fā)中子 。緩發(fā)裂變中子的產(chǎn)額占裂變中子數(shù)的約 1%。當(dāng)然連續(xù) β 衰變過程中各核素也仍會(huì)繼續(xù)發(fā)射 γ射線。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?裂變后現(xiàn)象 《 核安全綜合知識(shí) 》 ? 裂變后現(xiàn)象 ? 裂變碎片的質(zhì)量分布 ， 又稱裂變碎片按質(zhì)量分布的產(chǎn)額，具有一定的規(guī)律性 。發(fā)射中子前和發(fā)射中子后的碎片的質(zhì)量分布有些差異，但基本特征是相同的。在二裂變情況下，碎片的質(zhì)量的分布有兩種情況：對 Z≤84（如 84Po）和Z≥100 （如 100Fm）的核素 , AX=AY的對稱分布的概率最大 ,被稱為對稱裂變；對于 90 ≤ Z ≤ 98（即 90Th98Cf）的 核素其自發(fā)裂變和低激發(fā)能誘發(fā)裂變的碎片質(zhì)量分布是非對稱的，稱為非對稱裂變，隨激發(fā)能的提高，非對稱裂變向?qū)ΨQ裂變過渡。 ? 圖 給出了 235U熱中子誘發(fā)的裂變產(chǎn)生的碎片質(zhì)量分布 ,這是一個(gè)典型的非對稱分布 。重碎片的質(zhì)量數(shù)的峰值 AH=140,而輕碎片峰值在 AL=96，有 AH+AL=236，即為 236U裂變核的質(zhì)量數(shù)。具有這樣性質(zhì)的，便稱它們是互補(bǔ)的。對于質(zhì)量數(shù)在 228255的錒系元素 , 如 233U、 239Pu、 252Cf的非對稱裂變后的碎片質(zhì)量在圖中作了系統(tǒng)的分析，均有 AH=140 ，而且， AH， AL互補(bǔ)。這說明 AH=140的核特別容易形成，這是殼效應(yīng)引起的。圖表示了輕重兩群碎片平均質(zhì)量數(shù)隨裂變核質(zhì)量數(shù)的變化， 圖中顯示了重碎片的質(zhì)量平均數(shù)在 AH=140幾乎不變 ,而輕碎片則隨裂變核而改變。 《 核安全綜合知識(shí) 》 ? 裂變后現(xiàn)象 ?根據(jù)能量守恒定律，可計(jì)算出重核發(fā)生二裂變的裂變能。這些能量大部分由裂變碎片帶走 ,在表中給出了慢中子誘發(fā)的 235U和 239Pu的裂變能量分配表，表中的數(shù)值均為平均值。 ?裂變中子包含瞬發(fā)中子和緩發(fā)中子兩部分 , 瞬發(fā)中子約占總數(shù)的 1%。瞬發(fā)中子的能譜和每次裂變放出的平均中子數(shù)是重要的物理量。對于瞬發(fā)中子譜 , 實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果可用麥克斯韋分布來表示。 ? N(E)=∝E 1/2exp(E/TM)； =3TM/2 慢中子誘發(fā)裂變每次裂變的能量分配 (單位 MeV) 靶 核 235U 239Pu 輕碎片 重碎片 裂變中子 瞬發(fā) γ 7 裂變產(chǎn)物 β 8 裂變產(chǎn)物 γ 中微子 (測不到 ) (12) (12) 可探測總能量 195 202 E《 核安全綜合知識(shí) 》 ? 裂變后現(xiàn)象 ?裂變中子平均能量 和每次裂變放出的平均中子數(shù) ν有一定關(guān)系，可由蒸發(fā)模型得出如下半經(jīng)驗(yàn)公式 : = A+B(ν+1)1/2 。 每次裂變故出的平均中子數(shù)應(yīng)由瞬發(fā)中子數(shù)和緩發(fā)中子數(shù)兩部分組成 。 ν ： 234 U/； 236U/；240Pu/2. 884 ?緩發(fā)中子產(chǎn)生于裂變碎片的某些 β 衰變鏈中， 緩發(fā)中子（ 先驅(qū)核 ） 的半衰期就是中子發(fā)射體的 β 衰變母核的 β 衰變的半衰期，最長可達(dá)到幾十秒 。緩發(fā)中子的發(fā)射在反應(yīng)堆的運(yùn)行控制中具有十分重要的作用 。 EE《 核安全綜合知識(shí) 》 ?核反應(yīng)能及其閾能 (4) ?單選題例： ?對吸能反應(yīng)而言，能發(fā)生核反應(yīng)的最小入射粒子動(dòng)能是 (A) A 核反應(yīng)閾能， B 核反應(yīng)能， C 入射粒子的結(jié)合能， D 反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能。 ?核反應(yīng)前后系統(tǒng)動(dòng)能的變化量稱為 (B)。 A 核反應(yīng)閾能， B 核反應(yīng)能， C 入射粒子的結(jié)合能， D 反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能。 ?多選題例： ?核反應(yīng)能可表示為核反應(yīng)前后系統(tǒng) (ABCD)。 A 動(dòng)能的變化量， B 結(jié)合能的變化量， C 質(zhì)量虧損等效的能量， D 總質(zhì)量差對應(yīng)的能量， E 庫倫勢能的變化 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?自發(fā)裂變與誘發(fā)裂變 (4) ?單選題例： ?在外來粒子轟擊下，原子核才發(fā)生裂變的現(xiàn)象稱為 (B) 。 A 自發(fā)裂變 ， B 誘發(fā)裂變 ， C 相變 ， D 衰變 ?238U發(fā)生中子誘發(fā)裂變的閾能 En是 (B) eV。 A , B , C , D 200M ?多選題例： ?易裂變核包括（ BCE）： A 232Th， B 233U， C 235U， D 238U， E 239Pu 《 核安全綜合知識(shí) 》 ?裂變后現(xiàn)象 (6) ?單選題例： ?235U吸收一個(gè)熱中子每次裂變平均放出的裂變能約為(D)MeV。 A ， B ， C ， D 195 ?緩發(fā)中子（先驅(qū)核）的半衰期就是緩發(fā)中子發(fā)射體衰變母核的 (A)衰變的半衰期。 A β , B γ , C α , D EC ?多選題例： ?裂變后現(xiàn)象包括裂變碎片的（ ABCDE）： A 衰變過程， B 質(zhì)量， C 能量， D 釋放中子， E γ射線