大学课件《核化学与放射化学》第十一章 核反应.pdfVIP

《核化学与放射化学》 第十一章 核反应 第十一章 核反应 核反应通常是指原子核与基本粒子或其他原子核相互作用时发生 的变化过程，这种变化可以是非常根本的。放射性衰变中也包含核的 转变，但这种转变是自发的，不受外界影响. 第一个人工核转变反应是卢瑟福在1919年观察到的。214Po衰变 放出的α辐射与氮原子作用时，他发现了下述核反应产生的质子： 1 4 N +   p + 1 7 O 7 8 起始核或靶核 轰击粒子 出射粒子 最终产物 此核反应可以用简式写出： 14 17 （α，p） N O 7 8 括号外面是起始核和最终产物，括号内是轰击粒子和出射粒子。 核反应的轰击粒子可分成不带电的和带电的两类，属于前者的通常 有中子，而质子、氘核、α粒子和直到很重的氙核甚至铀核等属于后者。 第十一章 核反应 大部分这类核反应经过一个中间阶段，形成过渡核 （复合核）。 过渡核通过放出γ量子或者粒子 （n，p，α等）给出激发能转变成基态 的最终产物 。在核反应理论机制发展的基础上, 外斯柯夫 (V.F.Weisskopf) 于1957年对核反应过程提出了三个阶段的描述. 它描绘了核反应过程粗糙图像： 第一阶段:入射粒子接近到靶核核场作用范围内,犹如光波射到一 个半透明的玻璃球一样,可能发生两种情况:一是粒子进入靶核,被靶核 吸收,好像玻璃球吸收了光波,这就引起了核反应;二是粒子被靶核弹出 来,好像光波遭到了玻璃球的反射和折射,这就是弹性散射。这两种过程 广义上都叫核反应。描述这一阶段的核反应模型称之为光学模型。在 这一阶段中入射粒子在靶核核场中运动,保持相对独立性,所以通常叫做” 独立粒子阶段”。 第二阶段,粒子被靶核吸收后,反映进入第二阶段。在这一阶段中, 粒子与靶核进行了能量交换,因而不在能看作是粒子在整个靶核作用下 的独立运动,而认为入射粒子和靶核形成一个复合体系,所以,叫做复合 系统阶段。 第十一章 核反应 应该注意,复合系统是比复合核更为广泛的一个概念,前者中自由度不 像后者中那样都必须达到平衡状态。除了直接过程和复合核过程外,还存 在介于两者之间的过程,例如平衡前发射就是这种过程。 第三阶段,核反应最后阶段。在这一阶段中,复合系统分解成出射粒子 和剩余核。显然,分解出的粒子也有可能与入射粒子相同,同时剩余核处于 基态,这就是弹性散射。这种经过复合核的弹性散射称为复合核弹性散射, 这就是人们通常讲的共振散射。独立粒子阶段所形成的弹性散射称为形状 弹性散射,即所讲的势散射。 根据质量和能量的相应关系，知道了参与核反应各个粒子的准确质量， 很容易算出核反应释放或者吸收的能量。下列通式核反应 A(x，y)B 的能量平衡式是 E (m m m m )C2 (11.1) A x B y 或以能量单位MeV表示为； E (m  m m m ) ×931.5MeV (11.2) A x B y 也被称为反应的Q值。如果是负值，反应所缺能量需要有轰击粒子以动能 的形式带入。然而，并不是入射粒子的全部动能都能用作激发能，因为一 m /m m 部分 （ ）入射粒子动能给了过渡核成为其反冲能，核反应放出 x