哪些是核物质？核弹的组成？核能的应用？

可发生核裂变、核聚变的物质可通俗的称为核物质。

核裂变：

是指由重的原子,主要是指铀或钚,分裂成较轻的原子的一种核反应形式。

核聚变：

当两个质量数A较小的轻原子核聚合成一个较重核,如氢,氘(2H或D),氚(3H或T)

或氦的同位素3He等,融合生成4He核时,由于比结合能(Binding energy per nucleon)

的增大,可以释放出大量能量.

但是,由于需要克服库仑势垒(Coulomb barrier),融合反应只有当反应核彼此以高速

相撞时才能产生.

1934年,拉塞福(Rutherford)和其它物理学家及化学家一起,用加速器加速2H核轰击

氘靶,产生了下列反应:

2H + 2H -> 3H + 1H + 4.04MeV(1)

2H + 2H -> 3He + 1n + 3.27MeV (2)

两个反应几乎以同样的机率产生.

如果用被加速的3H或3He轰击氘核,可产生反应:

3H + 2H -> 4He + 1n + 17.58MeV (3)

3He + 2H -> 4He + 1H + 18.34MeV(4)

这些核反应中确实都放出了比化学反应高百万甚至千万倍的能量,但是要加速很多

入射粒子才能引起一次反应,因此用来加速入射粒子所需的能量远超过核反应中获

得的能量.

在高温及高压的条件下,例如太阳的中心,温度高达1.5x107K,压力达3x1011atm,在这环

境下氢核的平均动能可达keV量级,融合反应就易进行得多.这种由于热运动而产生的

融合反应叫做热核反应.

1944年,科学家费米(Fermi)曾算出在地球条件下,2H本身的点火温度将高达4亿K,如果

利用截面更大的,(3)式的氘-氚反应,所需温度可降低一些,但仍接近一亿度.可见实现热

核反应对温度的要求是很苛刻的.

有一个获得所需温度的办法在1945年就知道了,就是利用裂变弹(原子弹)所造成的高

温,使氘-氚在足够高的温度下产生融合,这就是热核弹(氢弹)的原理.

不过,由于氚是一种半衰期仅为12年的放射性同位素,在自然界并无出产,只能通过锂-6

(6Li)吸收中子的核反应:

6Li + 1n -> 3H + 4He(5)

制造出来,所需的中子则来自裂变反应或(3)式的融合反应.

要注意的是,由于用此方式所制得的氚数量有限,因此只有少量的氚和氘反应.

所以,如果想进一步加强氢弹的破坏力,则可利用氘-氚反应产生的高能中子(14MeV)

来照射238U,使其产生裂变,放出能量,并在每次裂变中可放出高达四个中子.

(虽然 238U在热中子的撞击下不会裂变,但在快中子(动能>1.2MeV)的撞击下则可裂变.)

由于此种氢弹经历了三重的核反应: 裂变-融合-裂变,因此这种氢弹又称为"3F弹",

即是Fission-Fusion-Fission.

一般的氢弹的结构是:中心是一个裂变装置(压拢型或压紧型),其外围则被一层氘化锂(6Li2H)

覆盖着.

而3F弹则在外面再覆盖一层用238U制造的外壳。