核反应的“守恒规律”与“核能计算”问题—’08 备考综合热身辅导系列山东平原一中 魏德田 253100 核物理中,常提及核反应的“守恒规律”与“核能的计算”问题
事实上,在核反应过程中,由于核力对核子做功,会引起“核反应系统”(以下简称“系统”)的能量变化
我们则把系统释放或吸收的这种能量,叫做核能
从而,核反应即可分为质量亏损、释放核能和质量增加、吸收核能等两大类型
其中,又以研究发生质量亏损和释放核能的一类核反应为教学重点
进而,此类核反应又可分为衰变、嬗变、裂变和聚变等四种
因此,在本文中亦基本遵循这一原则,初步探讨一下此类问题的解题规律
一、破解依据 欲解决核反应中有关“守恒规律”与“核能的计算”问题,试归纳以下几条“依据”:㈠五个守恒:⑴质量数守恒;⑵质子数(或核电荷数)守恒;⑶质量守恒(“亏损质量”与释放或吸收的“核能”相当);⑷能量守恒
⑸对衰变、嬗变等过程,间或应用动量守恒
㈡两个方程:⑴ 质能方程:,m 指运动质量
⑵核能:㈢一个半衰期(τ):反映衰变的速度
⑴ 剩余核数:;⑵剩余质量:
㈣核能的计算:⑴或——质能关系
其中, 分别为诸反应物、生成物的静止质量,为反应物、生成物的静止质量之差,亦即核反应的质量亏损
若则为释放核能的情形;若则为吸收核能的情形
⑵ 若不计光子辐射的能量时,则有,即核能(动能)的增加等于 “系统能量”的减少;反之亦反之
㈤核力及其做功问题:⑴ 核力的性质:⑴是引力,与核子(质子、中子等)是否带电无关;⑵短程力,作用距离小于;(由于核子距离为,因而核力只存在于相邻的核子之间,距离稍远则迅速减为零
)⑶强相互作用
⑵ 核力的功等于核能的变化
若核力做正功,则系统能量减少,故向系统外放出核能(动能、光能等);核力做负功,系统从外界吸收核能,故系统能量增加
二、解题示例[例题 1](’07 上海)U 衰变为 Rn 要经过 m 次