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平均结合能越大,原子核就越难拆开,平均结合能的大小反映了核的稳定程度。从平均结合能曲线可以看出,质量数较小的轻核和质量数级大的重核,平均结合能都比较小。中等质量数的原子核,平均结合能大。质量数为50~60的原子核,平均结合能量大,约为8.6MeV。
1.2.7、核反应
原子核之间或原子核与其他粒子之间通过碰撞可产生新的原子核,这种反应属于原子核反应,原子核反应可用方程式表示,例如
144171N He O H7281
414171HeNHO
1278即为氦核(α粒子)轰击氮核后产生氧同位素和氢核的核反应,核反
应可分为如下几类
(1)弹性散射:这种过程,出射粒子就是入射粒子,同时在碰撞过程中动能保持不变,例如将中子与许多原子核碰撞会发生弹性散射。
(2)非弹性散射:这种过程中出射粒子也是原来的入射粒子,但在碰撞过程中粒子动能有了变化,即粒子和靶原子核发生能量转移现象。例如能量较高的中子轰击原子核使核激发的过程。
(3)产生新粒子:这时碰撞的结果不仅能量有变化,而且出射粒子与入射粒子不相同,对能量较大的入射粒子,核反应后可能出现两个以上的出射粒子,如合成101号新元素的过程。
25342561
Es He Md n9921010
(4)裂变和聚变:在碰撞过程中,使原子核分裂成两个以上的元素原子核,称为裂变,如铀核裂变
2531139951
U n Xe S 2n9205488r0
裂变过程中,质量亏损0.2u,产生巨大能量,这就是原子弹中的核反应。 引起原子核聚合的反应称为聚变反应,如
21395
H H He S 11288r
氢弹就是利用氘、氘化锂等物质产生聚变后释放出巨大能量发生爆炸的。
核反应中电荷守恒,即反应生成物电荷的代数和等于反应物电荷的代数和。核反应中质量守恒,即反应生成物总质量等于反应物总质量。这里的质量指相对论质量,相对论质量m与相对论能量E之间的关系是
E mc2
因此质量守恒也意味着能量守恒。核反应中质量常采用原子质量单位,记为u.lu相当于931.5MeV。
核反应中相对论质量守恒,但静质量可以不守恒。一般来说,反应生成物总的静质量少于反应物总的静质量,或者说反应物总的静质量有亏损。亏损的静质量记为△m,反应后它将以能量形式释放出来,称之为反应能,记为△E,有
E mc2
需要注意的是反应物若有动能,其相对论质量可大于静质量,但在算反应能时只计静质量。反应能可以以光子形式向外辐射,也可以部分转化为生成物的动能,但生成物的动能中还可以包含反应物原有的动能。
下面讨论原子核反应能的问题: