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铀核裂变

发布时间:2019-07-08 13:52 来源:未知 编辑:admin

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  铀核是一种物理元素,铀有三种同位素(所谓同位素是指它们的原子核内含的质子数目相同,但含的中子数目不相同的元素,它们在元素周期上放在同一个位置上),即铀-234、铀-235和铀-238。其中的铀-234和铀-238不会发生核裂变,只有铀-235这种同位素原子能够发生核裂变,或者说,做核燃料的实际上是铀-235。但是,从矿山里开采出来的铀里面,铀-235的含量却又是很低,仅占0.66%,绝大部分是铀-238,它占了99.2%。

  处于激发态的原子核(例如,铀-235核吸收一个中子之后,就形成激发态的铀-236核)发生形变时,一部分激发能转化为形变势能。随着原子核逐步拉长,形变能将经历一个先增大后减小的过程。这是因为有两种因素在起作用:来自核力的表面能是随形变而增大的;来自质子之间静电斥力的库仑能却是随形变的增大而减小的。

  两种因素综合作用的结果形成一个裂变势垒,原子核只有通过势垒才能发生裂变。势垒的顶点称为鞍点。到达最终断开的剪裂点后,两个初生碎片受到相互的静电斥力作用,向相反方向飞离。静电库仑能转化成两碎片的动能。初生碎片具有很大的形变,它们很快收缩成球形,碎片的形变能就转变成为它们的内部激发能。具有相当高激发能的碎片,以发射若干中子和γ射线的方式退激,这就是裂变瞬发中子和瞬发γ射线。退激到基态的碎片由于中子数(

  偏大,均处于β稳定线的丰中子一侧,因此要经历一系列的β衰变而变成稳定核(见远离β稳定线的核素)。这就是裂变碎片的β衰变链。在β衰变过程中,有些核又可能发出中子,这此中子称为缓发中子。以上就是一个激发核裂变的全过程。

  同时爆炸,产生的巨大压力将铀压到一起,并被压缩,达到临界条件,发生爆炸。或者将两块总质量超过临界质量的铀块合到一起,也会发生猛烈的爆炸。[1]临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量。[1]刚好可能以产生连锁反应的组合,称为已达临界点。比这样更多质量的组合,核反应的速率会以指数增长,称为超临界。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应,这种临界被称为即发临界,是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小,裂变会随时间减少,称之为次临界。[1]核子武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例,可以把铀分成数大块,每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上,造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。 而要以“枪式”起爆钚则较为困难,但理论上要以“枪式”起爆钚弹并非不可能,只是炸弹可能需要长达十九英尺。

  核武器的一种,是利用爆炸的能量点燃氢的同位素氘(D)、氚(T)等质量较轻的原子的原子核发生核聚变反应(热核反应)瞬时释放出巨大能量的核武器,又称聚变弹 、热核弹热核武器。氢弹的杀伤破坏因素与相同,但威力比大得多。的威力通常为几百至几万吨级TNT当量,氢弹的威力则可大至几千万吨级TNT当量。还可通过设计增强或减弱其某些杀伤破坏因素,其战术技术性能比更好,用途也更广泛,其爆炸达到的温度约为3.5亿度,远远高于太阳中心温度(约2000万度)。

  在居里夫妇发现镭以后,由于镭具有治疗癌症的特殊功效,镭的需要量不断增加,因此许多国家开始从沥青铀矿中提炼镭,而提炼过镭的含铀矿渣就堆在一边,成了“废料”。然而,铀核裂变现象发现后,铀变成了最重要的元素之一。这些“废料”也就成了“宝贝”。从此,铀的开采工业大大地发展起来,并迅速地建立起了独立完整的原子能工业体系。

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