核反应

核反应（nuclear reaction），是指原子核与原子核，或者原子核与各种粒子（如质子，中子，光子或高能电子）之间的相互作用引起的各种变化。在核反应的过程中，会产生不同于入射弹核和靶核的新的原子核。因此，核反应是生成各种不稳定原子核的根本途径。

核反应是指入射粒子（或原子核）与原子核（称靶核）碰撞导致原子核状态发生变化或形成新核的过程。反应前后的能量、动量、角动量、质量、电荷与宇称都必须守恒。

核反应是宇宙中早已普遍存在的极为重要的自然现象。现今存在的化学元素除氢以外都是通过天然核反应合成的，在恒星上发生的核反应是恒星辐X巨大能量的源泉。

此外，宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反应。自然界的碳14大部分是宇宙射线中的中子轰击氮14产生的。1919年英国的E.卢瑟福用天然放射性物质的α粒子轰击氮，首次用人工实现了核反应。30年代初加速器的出现和40年代初反应堆的建成，为研究核反应提供了强有力的工具。已能将质子加速到5×10^5兆电子伏，将铀原子核加速到约9×10^4兆电子伏，并能获得介子束。高分辨率半导体探测器的使用，大大提高了测量核辐射能量的精度。核电子学和计算机技术的发展，从根本上改善了数据的获

取和处理能力。在过去半个多世纪里，研究过的核反应数以千计，制备出了自然界不存在的放射性核素约2000种，发现了300余种基本粒子，获得了有关核素性质、核转变规律、核结构、基本粒子以及自然界四种相互作用的规律和相互联系的大量知识。

我们来分析一下“原文”中对“核反应”的定义:“原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应”.这个定义明显是有一定局限性的，实际上描述的是另外一种原子核反应类型——原子核的人工转变(包括重核裂变等)。

像铀、钍和镭这些放射性元素，原子核内的质子和中子可以连续地由高能排列变成低能排列，这就称为“核反应”,释放出来的多余能量叫做“原子核能

”。

当用一定能量的入射核子去轰击原子核时，由于两者之间的相互作用而引起原子核的变化，这个过程称为核反应。历史上X个人工核反应是1919年卢瑟福用天然放射源(钋Po)产生的。

所谓核反应，是指原子核受一个粒子撞击而放出一个或几个粒子的过程。在对其研究的过程中，实验工作者常采用静止的实验室坐标系，进行数据的实际测量。

原子核反应及方程式原子核发生转变的过程称为核反应。书写核反应方程的依据是反应前、后电荷数不变，质量数也不变。

在核反应中，用于轰击原子核的粒子称为入射粒子或轰击粒子，被轰击的原子核称为靶核，核反应发射的粒子称为出射粒子，反应生成的原子核称为剩余核或产物核。入射粒子a轰击靶核A，发X射粒子b并生成剩余核B的核反应可用以下方程式表示：

A+a→B+b或简写为：A(a,b)B

若a、b为同种粒子，则为散射，并根据剩余核处于基态还是激发态而分为X散射和非X散射，用A(a,a)A和A(a,a′)A*表示，给定的入射粒子和靶核能发生的核反应往往不止一种。每一种核反应称为一个反应道。反应道由入射道和出射道构成。入射粒子和靶核组成入射道，出射粒子和剩余核组成出射道。同一入射道可以有若干出射道，同一出射道也可以有若干入射道。

发生某种核反应的几率用核反应截面来表征。只有满足质量数、电荷、能量、动量、角动量和宇称等守恒条件，核反应才能发生，相应的反应道称为开放的，或简称开道，反之为闭道。核反应过程总是伴随着能量的吸收或释放，前者称为吸能反应，反者称为放能反应。反应能常用Q表示，等于反应后与反应前X动能之差，可标明在核反应方程式中，例如：

H+H→He+n+Q Q=17.6MeV

对于吸能反应，仅当入射粒子的动能高于阈能（Eth）时才能引起核反应。

核反应按其本质来说是质的变化，但它和一般化学反应有所不同。化学反应只是原子或离子的重新排列组合，而原子核不变。因此，在化学反应里，一种原子不能变成另一种原子。核反应乃是原子核间质点的转移，致使一种原子转化为它种原子，原子发生了质变。核反应的能量效应要比化学反应的大得多。核反应能常以兆电子伏计量，而化学反应能一般只有几个电子伏。例如：核反应不是通过一般化学方法所能实现的，而是用到很多近代物理学的实验技术和理论。首先要用人工方法产生高能量的核“炮弹”，如氦原子核、氢原子核、氘原子核等，利用这些“炮弹”猛烈撞击别的原子核，从而引起核反应。各种各样的加速器，都是为了人工产生带电的高能粒子用做核“炮弹”来进行核反应的。当1932年人们发现中子后，不但对原子核的结构有了正确的认识，而且发现中子是一种新型的核“炮弹”。由于中子不带电荷，它和原子核之间不存在电排斥力，因而用它来产生核反应时，比用带电的其他高能粒子效果好得多。一些工厂有核反应堆。

核反应通常分为四类：衰变、粒子轰击、裂变和聚变。前者为自发发生的核转变，而后三种为人工核反应（即用人工方法进行的非自发核反应）。

值得一提的是，核反应的衰变，裂变，以及聚变是高中物理对于原子物理的初步学习。核反应逐渐的平民化，已经成为了学生学习的基本知识之一。

按入射粒子的不同，核反应可分为三类：①中子核反应，如中子的X散射(n,n)、非X散射(n,n′)，中子的辐射俘获(n,γ),发射带电粒子的核反应(n,p)、(n,α)等，又如中子裂变反应(n,f)，发射两粒子的核反应(n,2n)、(n,pn)等；②带电粒子核反应，如质子引起的核反应(p,γ)、(p,n)、(p,p)、(p,p′)、(p,α)、(p,2n)等，氘核引起的核反应(d,n)、(d,p)、(d,α)等，α粒子引起的核反应(α,n)、(α,2n)、(α,p)等，重离子引起的核反应(12C,4n)、(22Ne,6n)等；③光核反应，即光子引起的核反应，如(γ,n)、(γ,p)、(γ,α)、(γ,f )等。

按入射粒子的能量，核反应又可粗分为三类：①低能核反应，入射粒子能量低于108电子伏，对于较轻的重离子，每个核子平均能量低于107电子伏（如108电子伏的碳12核），也属于低能核反应的范畴，低能核反应的出射粒子的数目最多为3～4个；②中能核反应，入射粒子能量在108～1010电子伏之间；③高能核反应，入射粒子能量大于1010电子伏。

因为聚变的材料是氘氚的离子，都带有正电荷，因此想要发生聚变，必须先克服电磁势。为了克服电磁势，氘氚离子就必须带有很高的能量，而且密度要足够大。聚变这个专业里有一个术语叫劳森判据，是指如果想要输出能量大于输入能量，就必须满足温度、密度、能量约束时间这三者的乘积大于一个固定值。为了达到劳森判据，好的能量约束方式是必不可少的，显然用炉子瓶子这种方式是不可能约束住温度大概在1亿摄氏度左右的等离子体的。以下是几种主要约束方式：

1.磁约束。在高中我们就学过，电子、离子在磁场下会打转，而不会X地逃离磁力线，因此磁场是约束高温等离子体的一个很好的方式。有很多种磁约束的装置，比如托卡马克、球形环、纺星器等。

2.惯性约束。惯性约束的核心思想就是利用这些离子的惯性，在他们还来不及散开的时候把温度密度提升到一个可以聚变的水平上。氢弹其实就是惯性约束的一种，但是它不算是受控聚变。这是因为它为了实现约束，是靠原子弹在外边引爆然后向内挤压的。惯性约束聚变装置一直在努力寻求的，正是取代原子弹，用其他更温和的方式向内挤压。主流的方案是靠高功率的激光。

3.引力约束。这个是太阳以及所有恒星的约束方式，地球上就别想了。

4.其他约束。有很多奇怪的人提出过一些奇怪的聚变约束方式，只不过它们都没有取得过什么实质性的进展。。。

1、X反应

某些核反应存在X反应的现象，如：U-235和中子的核反应：只要有一个中子轰击U-235，就会放出3个中子，3个中子再去轰击U-235就会生成9个中子，这样连续下去，在几微秒的时间里，就使反应进行得非常剧烈而放出巨大的能量，具有这种特点的反应，我们称之为X反应。原子弹的爆炸能够如此剧烈，就是由于发生了X反应。

2、伴随核辐射

在U-235与中子的核反应中，如果反应不密封的话，产生的中子会以光速射向周围环境，形成辐射。以光速运动的微小粒子都能产生辐射。辐射看不见、摸不着。但是可以通过仪器测得。少量的辐射对人体不产生影响，而且人类还利用辐射为人类造福，例如医院用X光给病人做胸透，放疗是治疗癌症比较常用的方法，其原理就是利用辐射来杀死癌细胞。但是辐射量一多，就会对人体产生伤害。比如X光可以用于检查疾病，但是如果孕妇照X光的话，就有可能导致婴儿畸形或基因变异。同样，接受放疗的病人，会有脱发、恶心、乏力等副反应出现。剂量再大一点的辐射，还会使成人产生基因变异，诱发白血病（血癌）、皮肤癌等疾病。大量的辐射，还会烧伤甚至烧死一切有生命的物质。

3、高效

4、清洁、无污染

核能是清洁、无污染的新能源：以法国为例：1980－1986年间，法国核电占总发电量的比例由24%－70%，在此期间法国总发电量增加40%，而排放的含硫物质降低了9%，尘埃减少了36%。大气质量明显改善。

展开[1]黄祖洽. 核反应堆动力学基础. 北京大学出版社, 2007-9-1[ ].