解决核反应问题的三大“法宝”

袁寿根

摘 要：高中物理涉及的核反应均遵循电荷数-质量数守恒定律、动量守恒定律、质量-能量守恒定律，这几个定律是我们解决有关核反应问题的三大“法宝”。

关键词：高中物理； 核反應问题

中图分类图：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）12-017-001

一、电荷数-质量数守恒定律

电荷数守恒、质量数守恒是自然界物质不灭的客观规律在核反应过程中的具体表现。也是我们准确完成核反应方程的主要依据。

二、动量守恒定律

动量守恒定律是核反应中不可忽视的一个很重要的定律。英国物理学家查得威克正是运用这一武器，通过对一系列实验现象的准确分析发现了中子，对原子核物理的发展，起了很大的促进作用。结合核反应方程式（1），我们有：

三、质量—能量守恒定律

能量守恒定律是自然界一切运动普遍遵循的规律。爱因斯坦的质能方程又揭示了物体的质量跟它的能量之间存在的联系。因此，在核反应过程中，其能量守恒根据方程（1）可表达成：

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

式中C为真空中的光速，γ为释放光子（即γ射线）的能量。对此，我们分三种情况进行讨论：

1、无结合能放出。实质上无结合能放出也就表明未进行核反应，这种过程，我们可视为完全弹性碰撞过程，因此有：

动量守恒：P1+P2=P3+P4

动能守恒：EK1+EK2=EK3+EK4

譬如α粒子散射实验；查德威克用中子轰击氢、氦和氮的实验，以及在原子反应堆中，快中子与石墨减速剂中的碳核发生弹性碰撞等都属这种过程。

2、有结合能放出。如果两个原子核（或一个粒子与一个原子核）碰撞后，发生核反应，这时，动量守恒，动能不守恒（相当于非弹性碰撞），但能量是守恒的。

3、有结合能放出。如果是核衰变或重核裂变（对裂变过程中，中子的动量、能量我们均可略而不计）过程（相似于完全非弹性碰撞的逆过程），其动量守恒，P0=P3+P4；能量守恒，△E=EK3+EK4+Eγ-EK。

限于中学物理的教学要求，对于第（2）种情况，如果过程的前后动量不在一条直线上（如卢瑟福发现质子的实验），则不作计算要求。对于第（3）情况亦如此。但对于核衰变而言，过程前后的动量在一条直线上，因此，我们完全可以根据能量守恒，对其进行具体的分析求解。 综上所述，在高中物理范围内，只要我们抓住这几个定律，有关核反应过程的问题也就能迎刃而解了。