解決核反應問題的三大“法寶”

袁壽根

摘 要：高中物理涉及的核反應均遵循電荷數-質量數守恒定律、動量守恒定律、質量-能量守恒定律，這幾個定律是我們解決有關核反應問題的三大“法寶”。

關鍵詞：高中物理； 核反應問題

中圖分類圖：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）12-017-001

一、電荷數-質量數守恒定律

電荷數守恒、質量數守恒是自然界物質不滅的客觀規(guī)律在核反應過程中的具體表現。也是我們準確完成核反應方程的主要依據。

二、動量守恒定律

動量守恒定律是核反應中不可忽視的一個很重要的定律。英國物理學家查得威克正是運用這一武器，通過對一系列實驗現象的準確分析發(fā)現了中子，對原子核物理的發(fā)展，起了很大的促進作用。結合核反應方程式（1），我們有：

三、質量—能量守恒定律

能量守恒定律是自然界一切運動普遍遵循的規(guī)律。愛因斯坦的質能方程又揭示了物體的質量跟它的能量之間存在的聯(lián)系。因此，在核反應過程中，其能量守恒根據方程（1）可表達成：

（m1C2+EK1）+（m2C2+EK3）=（m3C2+EK2）+（m4C2+EK4）+γ

式中C為真空中的光速，γ為釋放光子（即γ射線）的能量。對此，我們分三種情況進行討論：

1、無結合能放出。實質上無結合能放出也就表明未進行核反應，這種過程，我們可視為完全彈性碰撞過程，因此有：

動量守恒：P1+P2=P3+P4

動能守恒：EK1+EK2=EK3+EK4

譬如α粒子散射實驗；查德威克用中子轟擊氫、氦和氮的實驗，以及在原子反應堆中，快中子與石墨減速劑中的碳核發(fā)生彈性碰撞等都屬這種過程。

2、有結合能放出。如果兩個原子核（或一個粒子與一個原子核）碰撞后，發(fā)生核反應，這時，動量守恒，動能不守恒（相當于非彈性碰撞），但能量是守恒的。

3、有結合能放出。如果是核衰變或重核裂變（對裂變過程中，中子的動量、能量我們均可略而不計）過程（相似于完全非彈性碰撞的逆過程），其動量守恒，P0=P3+P4；能量守恒，△E=EK3+EK4+Eγ-EK。

限于中學物理的教學要求，對于第（2）種情況，如果過程的前后動量不在一條直線上（如盧瑟福發(fā)現質子的實驗），則不作計算要求。對于第（3）情況亦如此。但對于核衰變而言，過程前后的動量在一條直線上，因此，我們完全可以根據能量守恒，對其進行具體的分析求解。 綜上所述，在高中物理范圍內，只要我們抓住這幾個定律，有關核反應過程的問題也就能迎刃而解了。