原子核的结合能

第一种方法是重核裂变；
第二种方法是轻核聚变。
2.重核的裂变
裂 变
原子弹爆炸
重核的裂变
裂 变 产 物 百 分 数
裂变的产物分布曲线
重核的裂变
裂变： 质量较大的原子核（重核）在一定条件上 分裂为两个或多个中等质量的原子核。
235 92 1 92 1 U 0 n 141 Ba Kr 3 56 36 0 n 200MeV
4 1 H 2 H He 1 2 0 n 17.6MeV
4 Li 1 H 2 1 2 He 17.3MeV
上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。
氢核的聚变
两个原子核互相接近产生聚变反应时，由 于原子核间存在很大的库仑斥力，原子核碰
撞动能必须克服两原子核间的电势能 。 Ep
2
27
kg
J
E 1u c 1.4944968 10
2
10
9.340605 10 MeV
质子质量 中子质量
m p 1.007277u
mn 1.008665u
核子平均结合能 [ Zm p ( A Z )mn mE ]c 2 / A
原子核的结合能
例：
56 26
核子的 比结合能 (MeV)
2 1H 3 1H 3 2 He 4 2 He
2.23 8.47 7.72 28.3
1.11 2.83 2.57 7.07
63 29 Cu
238 92 U
12 6C 16 8O
92.2 127.5 552 1803
7.68 7.97 8.75 7.58
原子核的结合能
原子核的结合能非常大，所以一般原子核 都是非常稳定的系统。然而，不同原子核的 稳定程度不同。
Fe
Z 26
A 56
mE 55.922u
核子平均结合能
(26 1.007277 30 1.008665 55.922) uc / 56
2
0.009411uc
2
8.79MeV
原子核的结合能
表20-3
核 原子核的 结合能 E(MeV)
原子核的结合能
核 原子核的 结能 E(MeV) 核子的 比结合能 (MeV)
235 92
U n
1 0
139 54
Xe Sr 2 n 200MeV
95 38 1 0
重核的裂变
用能量为1eV以下的慢中子轰击铀核时，铀核会分 裂为两个质量相近的中等质量的核，同时放出一至三 个快速中子。这种重核分裂为中等质量核的过程称为 重核的裂变。
235 1 140 94 1 92 U 0 n 54 Xe 38 Sr 20 n
239 94
238 92
U 7.5MeV
Pu 7.56MeV
原子核的结合能
94 8 7
¨MeV/Ë Ü £ Ï Ä © á º Ó £ ±½ È º ×
2
He
82 23
233 92
U
a.最轻和最重 的核的比结合 能较小。 b.大多数中等 质量的核，比 结合能较大且 近似相等(都在 8MeV左右)。
Cs Ba e
140 56 0 -1 140 57 0 -1
Ba La e La Ce(稳定) e
140 58 0 -1 94 39 0 -1
Sr :
94 38 94 39
Sr Y e
94 40 0 -1
Y Zr( 稳定) e
重核的裂变
原子弹： 铀核裂变时放出巨大的能量，同时能 放出多于二个中子，若分裂时放出的中子全部被别 的铀核吸收，又引起新的裂变，这样，裂变的数目 将按指数规律增大，结果形成一发散的链式反应，
Kr
195 73
6 5 4 3 2 1 0 0
Pt
6 3
Li
2 1
20
H
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
ÊÁ Ö ¿Ê ýA
这说明中等质 量的核最稳定。
Ƚ ± ẠÏÄ ÜÇ úÏ ß
原子核的结合能
要利用核能，理论上是把自由状态的Z个质子和 (A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放 出的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接 组成中等核是不现实的，因为自由中子不易得到， 即便得到了一些，自由中子的半衰期也较短。 因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界 中存在的原子核来考虑。 方法有二：
这就是原子弹中发生的情况。
受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平
均只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反
应，这就是核反应堆中的情况。
重核的裂变
原子弹： 利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反
应原理制成的武器
自持核裂变链式反应：不需外界干预，自身可持续进 行的核裂变链式反应。
重核的裂变
原子弹爆炸
原子核的结合能
E=(m)c2=[Zmp+(A-Z)mn-mX]c2
质子和中子组成核的过程中，有能量E 释放出来。反之，要使原子核再分解为 单个的质子和中子就必须吸收E的能量。
氘
爱因斯坦
质子
E 中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子核的结合能
原子结合能的计算 一原子质量单位 具有能量
1u 1.660552 10
冲击波
wenku.baidu.com光辐射
核电磁脉冲
重核的裂变
早期核辐射
放射性沾染
3.氢核的聚变
氢弹爆炸
托克马克装置
3.氢核的聚变
聚变：两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件 上聚合为质量较大的原子核。
6 3
2 1 3 1 7 3
4 Li 2 H 2 1 2 He 22.4MeV
3 1 H 2 H He 1 2 0 n 3.25MeV
( Z1e)(Z 2e) Ep Z1Z2 4 0 ( R1 R2 )
从上式可知，电势能随着原子序数的增大 而增大，对原子序数大的重核，电势能大而 不易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能 发生核聚变。
每个核子的平均结合能称为比结合能：
E mc 2 A A
核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。
原子核的结合能
a.中等质量原子核的核子平均结合能较大
56 26
Fe 8.79MeV
63 29
75 33
As 8.47MeV
Cu
8.75MeV
b.轻核和重核的核子平均结合能都较小
3 1
H 2.83MeV
裂变后形成的中等质量的核具有过多的中子，由于 中子具有放射性，所以这些中等质量的核是不稳定的。 它们通过一系列的衰变，放射性的中等质量的核才 转化为稳定核。
140 140 0 140 54 Xe : 54 Xe 55 Cs -1e
重核的裂变
140 55 140 56 140 57 94 38