核反应的原理是什么

核反应的原理是什么
核反应的原理是什么

核反应的原理是什么
核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程.反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒.
核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象.现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然核反应合成的,在恒星上发生的核反应是恒星辐射出巨大能量的源泉.
此外,宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应.自然界的碳14大部分是宇宙射线中的中子轰击氮14产生的.1919年英国的E.卢瑟福用天然放射性物质的α粒子轰击氮,首次用人工实现了核反应.30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成,为研究核反应提供了强有力的工具.目前已能将质子加速到5×105兆电子伏,将铀原子核加速到约9×104兆电子伏,并能获得介子束.高分辨率半导体探测器的使用,大大提高了测量核辐射能量的精度.核电子学和计算机技术的发展,从根本上改善了数据的获取和处理能力.在过去半个多世纪里,研究过的核反应数以千计,制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种,发现了300余种基本粒子,获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识.
定义1
我们来分析一下“原文”中对“核反应”的定义:“原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应”.这个定义明显是有一定局限性的,实际上描述的是另外一种原子核反应类型——原子核的人工转变(包括重核裂变等).
定义2
像铀、钍和镭这些放射性元素,原子核内的质子和中子可以连续地由高能排列变成低能排列,这就称为“核反应”,释放出来的多余能量叫做“原子核能[1]”.
定义3
当用一定能量的人射核子去轰击原子核时,由于两者之间的相互作用而引起原子核的变化,这个过程称为核反应.历史上第一个人工核反应是1919年卢瑟福用天然放射源(钋Po)产生的7
定义4
所谓核反应,是指原子核受一个粒子撞击而放出一个或几个粒子的过程[1].在对其研究的过程中,实验工作者常采用静止的实验室坐标系,进行数据的实际测量.
定义5
原子核反应及方程式原子核发生转变的过程称为核反应.书写核反应方程的依据是反应前、后电荷数不变,质量数也不变.
原理
在核反应中,用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子,被轰击的原子核称为靶核,核反应发射的粒子称为出射粒子,反应生成的原子核称为剩余核或产物核.入射粒子a轰击靶核A,发射出射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示：
A+a→B+b 或简写为： A(a,b)B
若a、b为同种粒子,则为散射,并根据剩余核处于基态还是激发态而分为弹性散射和非弹性散射,用A(a,a)A和A(a,a′)A*表示,给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种.每一种核反应称为一个反应道.反应道由入射道和出射道构成.入射粒子和靶核组成入射道,出射粒子和剩余核组成出射道.同一入射道可以有若干出射道,同一出射道也可以有若干入射道.
发生某种核反应的几率用核反应截面来表征.只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件,核反应才能发生,相应的反应道称为开放的,或简称开道,反之为闭道.核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放,前者称为吸能反应,反者称为放能反应.反应能常用Q表示,等于反应后与反应前体系动能之差,可标明在核反应方程式中,例如：
3H+2H→4He+n+Q Q=17.6MeV
对于吸能反应,仅当入射粒子的动能高于阈能（Eth）时才能引起核反应.
核反应按其本质来说是质的变化,但它和一般化学反应有所不同.化学反应只是原子或离子的重新排列组合,而原子核不变.因此,在化学反应里,一种原子不能变成另一种原子.核反应乃是原子核间质点的转移,致使一种原子转化为它种原子,原子发生了质变.核反应的能量效应要比化学反应的大得多.核反应能常以兆电子伏计量,而化学反应能一般只有几个电子伏.例如：核反应不是通过一般化学方法所能实现的,而是用到很多近代物理学的实验技术和理论.首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”,如氦原子核、氢原子核、氘原子核等,利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核,从而引起核反应.各种各样的加速器,都是为了人工产生带电的高能粒子用做核“炮弹”来进行核反应的.当1932年人们发现中子后,不但对原子核的结构有了正确的认识,而且发现中子是一种新型的核“炮弹”.由于中子不带电荷,它和原子核之间不存在电排斥力,因而用它来产生核反应时,比用带电的其他高能粒子效果好得多.一些工厂有核反应堆.
核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变.前者为自发发生的核转变,而后三种为人工核反应（即用人工方法进行的非自发核反应）.
分类
按入射粒子的不同,核反应可分为三类：①中子核反应,如中子的弹性散射(n,n)、非弹性散射(n,n′),中子的辐射俘获(n,γ),发射带电粒子的核反应(n,p)、(n,α)等,又如中子裂变反应(n,f),发射两粒子的核反应(n,2n)、(n,pn)等；②带电粒子核反应,如质子引起的核反应(p,γ)、(p,n)、(p,p)、(p,p′)、(p,α)、(p,2n)等,氘核引起的核反应(d,n)、(d,p)、(d,α)等,α粒子引起的核反应(α,n)、(α,2n)、(α,p)等,重离子引起的核反应(12C,4n)、(22Ne,6n)等；③光核反应,即光子引起的核反应,如(γ,n)、(γ,p)、(γ,α)、(γ,f )等.
按入射粒子的能量,核反应又可粗分为三类：①低能核反应,入射粒子能量低于108电子伏,对于较轻的重离子,每个核子平均能量低于107电子伏（如108电子伏的碳12核）,也属于低能核反应的范畴,低能核反应的出射粒子的数目最多为3～4个；②中能核反应,入射粒子能量在108～1010电子伏之间；③高能核反应,入射粒子能量大于1010电子伏.
特点
1、连锁反应
某些核反应存在连锁反应的现象,如：U-235和中子的核反应：只要有一个中子轰击U-235,就会放出3个中子,3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子,这样连续下去,在几微秒的时间里,就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量,具有这种特点的反应,我们称之为连锁反应.原子弹的爆炸能够如此剧烈,就是由于发生了连锁反应.
2、伴随核辐射
在U-235与中子的核反应中,如果反应不密封的话,产生的中子会以光速射向周围环境,形成辐射.以光速运动的微小粒子都能产生辐射.辐射看不见、摸不着.但是可以通过仪器测得.少量的辐射对人体不产生影响,而且人类还利用辐射为人类造福,例如医院用X光给病人做胸透,化疗是目前治疗癌症比较常用的方法,其原理就是利用辐射来杀死癌细胞.但是辐射量一多,就会对人体产生伤害.比如X光可以用于检查疾病,但是如果孕妇照X光的话,就有可能导致婴儿畸形或基因变异.同样,接受化疗的病人,会有脱发、恶心、乏力等副反应出现.剂量再大一点的辐射,还会使成人产生基因变异,诱发血癌、皮肤癌等疾病.大量的辐射,还会烧伤甚至烧死一切有生命的物质.
3、高效
4、清洁、无污染
核能是清洁、无污染的新能源： 以法国为例：1980－1986年间,法国核电占总发电量的比例由24%－70%,在此期间法国总发电量增加40%,而排放的含硫物质降低了9%,尘埃减少了36%.大气质量明显改善.