李飛 3058 字 1個月前

核裂變

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為什麼隻有鈾-233 、鈾-235、鈈-239等奇A核才能做核燃料的主要原因。

裂變碎片和裂變產物  重核在裂變時生成的核,在釋放瞬發中子前,稱為裂變碎片,釋放瞬發中子後的核稱為裂變產物,裂變產物又可分為未經β衰變的初級裂變產物和經過一次以上β衰變的次級裂變產物。β衰變不影響核的質量數,因此在討論裂變產物的質量時不必區分這兩種情況。

實驗上可以用下述方法來確定裂變碎片的質量分布;即同時測兩個碎片的動能(或速度),再按能量守恒定律、動量守恒定律加上發射中子的校正,計算碎片的質量。為了確定釋放中子後的裂變產物的質量分布,即產額曲線,常通過用放射化學方法進行元素分離,測量它的標識放射性射線能量及半衰期(見放射性)來確定。

鈾-235中子裂變產物的質量分布如圖4。在圖上可以看到存在著兩個峰,這是因為裂變後幾率最大的質量分配不是均分(稱為對稱裂變),而是一個較重一個較輕(稱為不對稱裂變)。釷、鈾等以及更重的核(一直到镄-256)在低激發能條件下,不對稱裂變占優勢。這是一個很突出的現象。裂變核的質量數增加時, 重碎片峰的位置固定不變(A≈140),而輕碎片峰的位置向高質量移動。另外,隨著激發能的增加(例如入射粒子能量增高時),對稱裂變的成分逐漸上升。對於鉍等比較輕的核素,對稱裂變占優勢,其碎片的質量分布隻有一個峰。處在中間的核素(鐳、錒)裂變時,質量分布出現三個峰,可以看出這是一種過渡狀態。另一方麵,镄-257熱中子裂變時,又是對稱裂變占優勢。長期以來解釋對稱和不對稱裂變的問題是裂變理論上的一個重大難題,迄今還沒有得到公認的理論上的定量解釋,但看來與原子核的殼效應有密切關係。

核裂變所形成的某一給定質量的初級裂變產物大部分是一些很不穩定的豐中子同質異位素(稱為質量鏈)。其中不同電荷數Z的裂變產物的產額P(Z)服從高斯分布

,

式中C是與質量、電荷無關的常數,Zp是該質量鏈中最可幾電荷數(在此一般趨勢上還有奇偶效應,Z為偶數時產額比Z為奇數時大)。

碎片分開時,由於庫侖斥力,可以具有很大的動能,例如熱中子導致的鈾-235裂變,碎片的平均動能可達170MeV左右,占了裂變釋放的總能量80%以上。在不少情況下,不同方向飛出的碎片數依賴於出射束與入射束的夾角,即角分布出現各向異性。通過對碎片角分布的研究,可以進一步了解裂核變機製。實驗表明:裂變碎片角分布與入射粒子的能量和自旋有密切關係,也與裂變核本身的質量、電荷和自旋有關。

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裂變中子  原子核裂變時發射出來的中子分瞬發中子和緩發中子兩類,瞬發中子占絕大部分,其中主要又是從碎片蒸發出來的;緩發中子隻占很小的份額(千分之幾)。    瞬發中子的能量分布很寬,從零一直延伸到15MeV左右,主要部分在0.1~5MeV區域。其能譜可用麥克斯韋譜來近似描述,即

式中TM是麥克斯韋分布的一個參量,等於中子平均能量唕的倍。鈾-235熱中子裂變的裂變中子譜的峰在0.8MeV附近,平均能量在2MeV左右。緩發中子也具有連續能譜,其平均能量在1MeV以下。

即使是同樣的核在同樣條件下裂變,每次裂變事件發射的中子數也不固定。有的不發射中子,多數發射兩三個中子,最多可有七八個。其平均值(不是整數)稱為平均裂變中子數尌。當裂變核的激發能增加時,尌隨之增加;一般地說,在裂變核的原子序數或質量數增加時,尌也隨之增大。尌的大小,對鏈式反應裝置的臨界條件起關鍵作用(見裂變反應堆)。在反應堆計算中,有時使用另一個參量,即燃料核素每吸收一個中子相應發出的平均裂變中子數。這個參量稱為有效裂變中子數,用尌eff或n表示。它與尌的關係為,式中of和oA分別為裂變截麵和總吸收截麵。

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