《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十五章 原子核物理和粒子物理简介 15-2 原子核的结合能、裂变和聚变

§15-2原子核的结合能裂变和聚变 一、原子核的结合能 原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量就 应等于所有质子和中子的质量之和： mx=Zm。+(A-Z)m. 但实验测定的原子质量k总是小于所有核子质量 之和，这一差值称为原子核的质量亏损： △m=Zm.+(A-Z)m.-mx 根据爱因斯坦质能关系，可得原子核的结合能： 让意不意返可：退此

上页 下页 返回 退出 原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量就 应等于所有质子和中子的质量之和： 根据爱因斯坦质能关系，可得原子核的结合能： 但实验测定的原子质量mX总是小于所有核子质量 之和，这一差值称为原子核的质量亏损： 一、原子核的结合能 x p n m Zm A Z m = + − ( ) p n X  = + − − m Zm A Z m m ( ) §15-2 原子核的结合能 裂变和聚变

△E=(△m)c2=[Zm,+(A-Z)m.-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。 质子 氘 △E 中子 氘核吸收△E能量后分解为质子和中子 让元子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 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。 氘核吸收E能量后分解为质子和中子 E 氘 质子 中子 2 2 p n X  =  = + − − E m c Zm A Z m m c ( ) [ ( ) ]

原子结合能的计算 一原子质量单位1u=1.660552×1027kg 具有能量 E=1uc2=1.4944968×10-10J =9.340605×102MeV 质子质量 m,=1.007277u 中子质量 m,=1.008665u 核子平均结合能=[Zm,+(A-Z)m,-me]c2/A 上意子元道觉退此

上页 下页 返回 退出 原子结合能的计算 一原子质量单位 具有能量 质子质量 中子质量 核子平均结合能 27 1 1.660552 10 u kg − =  2 10 1 1.4944968 10 u J − E c =  =  2 =  9.340605 10 MeV 1.007277 p m = u 1.008665 n m = u 2 [ ( ) ] / = + − − Zm A Z m m c A p n E

例题15-2Z=26 A=56 m=55.922u 解：核子平均结合能 =(26×1.007277+30×1.008665-55.922)×uc2/56 =0.009411uc2 =8.79MeV 让式不觉返司退

上页 下页 返回 退出 解：核子平均结合能 2 = 0.009411uc = 8.79MeV 例题15-2 26 56 55.922 E Z A m = = = u 2 =  +  −  (26 1.007277 30 1.008665 55.922) / 56 uc

原子核的结合能 原子核的 核子的 原子核的 核子的 核 结合能 比结合能 核 结能 比结合能 △E(MeV) (MeV) AE(MeV) (MeV) ZH 2.23 1.11 c 92.2 7.68 3H 8.47 2.83 127.5 7.97 3He 7.72 2.57 Cu 552 8.75 He 28.3 7.07 238U 92 1803 7.58

上页 下页 返回 退出 原子核的结合能 核子的 比结合能 (MeV) 原子核的 结合能 E(MeV) 核 H 2 1 H 3 1 He 3 2 He 4 2 2.23 1.11 8.47 2.83 28.3 7.07 7.72 2.57 核子的 比结合能 (MeV) 原子核的 结能 E(MeV) 核 C 12 6 O 16 8 Cu 63 29 U 238 92 92.2 7.68 127.5 7.97 552 8.75 1803 7.58

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。 每个核子的平均结合能称为比结合能： △E △mc2 A A 核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。 让元不觉返司退

上页 下页 返回 退出 核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。 2   = = E mc A A  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。 每个核子的平均结合能称为比结合能：

a.中等质量原子核的核子平均结合能较大 26Fe 8 8.79MeV 38As 8.47MeV SCu 8.75MeV b.轻核和重核的核子平均结合能都较小 3H 2.83MeV 238U7.5MeV 92 Pu 7.56MeV 上美子文返回退此

上页 下页 返回 退出 a.中等质量原子核的核子平均结合能较大 Fe 56 26 8.79MeV As 75 33 8.47MeV Cu 63 29 8.75MeV b.轻核和重核的核子平均结合能都较小 H 3 1 2.83MeV U 238 92 7.5MeV Pu 239 94 7.56MeV

He 233J a.最轻和最重的核 92 的比结合能较小。 193Pt 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)。这说明中等 90 100120140160180200220240 质量的核最稳定。 质量数A 比结合能曲线 让元不觉返司退

上页 下页 返回 退出 a.最轻和最重的核 的比结合能较小。 质量的核最稳定。 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)。这说明中等 比结合能曲线 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 0 4 0 6 0 8 0 100 120 140 160 180 200 220 240 质量数A 比结合能ε （MeV/核子） 233 92U 195 73Pt 82 23Kr 4 2 He 6 3 Li 2 1 H

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： 第一种方法是重核裂变； 第二种方法是轻核聚变。 让贰下觉返回退

上页 下页 返回 退出 第二种方法是轻核聚变。 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： 第一种方法是重核裂变； 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

二、重核的裂变 裂变：质量较大的原子核（重核）在一定条件下 分裂为两个或多个中等质量的原子核。 U+Ba+Kr+3n+200MeV 2U+nXe+Sr+2o+200MeV 让元不觉返司退

上页 下页 返回 退出 质量较大的原子核（重核）在一定条件下 分裂为两个或多个中等质量的原子核。 裂变： 200 235 1 141 92 1 92 0 56 36 0 U n Ba Kr 3 n MeV + → + + + 200 235 1 139 95 1 92 0 54 38 0 U n Xe Sr 2 n MeV + → + + + 二、重核的裂变