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铀的裂变是怎么回事

发布时间:2019-07-08 13:52 来源:未知 编辑:admin

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  推荐于2018-02-10展开全部放射性现象的发现,把人们对于原子的认识引向深入,原子核的秘密逐渐被揭开了。

  1911年,卢瑟福提出了原子的行星模型。他认为原子犹如一个小小的太阳系,中间是原子核(相当于太阳),集中了原子质量的极大部分;周围是电子(相当于行星),围绕着原子核旋转。

  1919年卢瑟福用α粒子轰击氮,使氮转变成了氧,人类历史上破天荒第一次实现了原子的人工转变。几千年来,炼金术士们点石成金的梦想终于变成了现实。

  1932年,英国物理学家查德威克发现了一种新的基本粒子,这种粒子不带电荷,被称为中子。这一突破性的发现不仅导致了现代原子核理论的建立(原子核由质子和中子组成),而且为人们提供了一种轰击原子核的强有力的新型“炮弹”。

  1934年,法国科学家约里奥·居里和伊伦·居里在用α粒子轰击铝时,发现了人工放射性,这一发现引起了许多科学家的极大兴趣。从此,开始了大量制取人工放射性同位素的工作。

  不久,年轻的意大利物理学家费米也着手制取放射性同位素。他的实验有个特点:他是用中子而不是象约里奥·居里那样用α粒子去轰击各种元素。费米所以用中子作为“炮弹”去轰击原子核,道理是很简单的:因为原子核是带正电荷的,所以带有两个正电荷的α粒子会被原子核所排斥,而不带电荷的中子必然比较容易接近并进入原子核内。

  费米制取放射性同位素的方法对许多元素都是非常有成效的。在很短的时间内,他制取了约50种新的放射性同位素。其中有许多是进行β衰变的。这种衰变方式是放出一个电子,相当于原子核内一个中子变成了一个质子,也就是说,经β衰变生成的新同位素,其原子序数比原先的同位素增加了1。

  92号元素铀是当时最重的元素,那么,铀吸收一个中子后发生β衰变的话,会出现什么情况呢?显然,结果将会产生93号元素,即所谓“超铀元素”。

  可以设想,这个“超铀元素”大概是一个放射性元素。否则人们早已在稳定元素的行列中找到它了。还可以想象,这个元素衰变后,可能会形成一些原子序数更高的元素,例如94号元素。或许这将使我们有可能揭开元素数目限制的秘密,弄清铀之所以是元素周期表中最后一个元素的原因。

  正是上述想法强烈地吸引着费米,激励着费米用中子去轰击当时最重的元素铀,从而导致了铀核裂变现象的发现——这无疑是本世纪最重大的发现之一。

  费米的实验进行得很成功。铀经中子轰击后,产生了前所末见的新放射性,这种放射性由成分相当复杂的β射线所组成。费米对放射性强度衰减曲线进行了分析,结果表明,它包含四种半衰期:10秒、40秒、13分钟和90分钟。除了这四种半衰期外,他估计还至少有一种更长的半衰期。

  我们知道,每种放射性同位素都放出自己特有的射线,并日具有自己特有的半衰期。因此,铀经中子轰击后产生的β放射性物质有五种半衰期,就表示生成了五种新的放射性同位素。

  按照当时的一般看法,铀经中子轰击后形成的新放射性同位素,与铀的原子序数不应相差很大。但根据已有的资料来看,从86号到92号元素,没有一个同位素的半衰期与上述四种符合。于是费米就假定,他所发现的β放射性,是铀俘获一个中子后经β衰变所形成的93号元索(或原子序数更高的元素)放射出来的。也就是说,他认为自己发现了所谓“超铀元素”。

  费米的这一发现在科学界引起了广泛的注意。有一些科学工作者对费米的结论表示怀疑,认为他的实验结果也可作别种解释。不久,实验证实91号元素镤具有与费米所发现的半衰期为13分钟的放射性物质相似的化学性质。是否费米所发现的就是元素镤的同位素呢?总而言之,费米关于发现“超铀元素”的结论看来是成问题的,这就是著名的“超铀元素之谜”。

  原子核裂变,一般是指一个重原子核分裂成为两个质量为同一量级的碎块,并释放出能量的现象。原子核裂变具有两种模式,一种是由重原子核、自发地裂变,并释放出能量。例如,铀-235的自发裂变U――――→两个成分不相同的碎块+200MeV铀-235,自发裂变,成为两个成分不相同的碎块,以及放出二百兆电子伏特的能量。 另一种是在中子的作用下而引发的核裂变,例如,中子轰击铀-235时发生的核裂变n +U――――→两个碎块 +2或3个中子+200MeV中子轰击铀-235,产生的结果是,原子核碎成两个碎块释放能量,另外还会释放出两三个中子。这种原子核裂变方式,是人类迄今为止大量释放原子能的主要方式。

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