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現了中子，對原子核物理的發展，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。