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核反应（nuclear reaction）

原子核由于外来的原因，如带电粒子的轰击，吸收中子或高能光子照射等，引起核结构的改变，称为核反应。

物理学史上几个著名的核反应

第一个人工核反应（1919年卢瑟福）	α + ¹⁴N → p + ¹⁷O，简写¹⁴N（α，p）¹⁷O
第一个在加速器上实现的核反应（1932年考克拉夫-瓦耳顿）	p + ⁷Li → α + α
第一个人工放射性核素产生（1934年约里奥.居里夫妇）	α + ²⁷Al → n + ³⁰P
导致中子发现的核反应	α + ⁹Be → n + ¹²C

核反应过程中的守恒定律

    电荷守恒
    质量数守恒
    质能守恒（总质量、总能量）
    动量守恒
    角动量守恒
    统计性（玻色-爱因斯坦统计性、费米-狄拉克统计性）
    宇称守恒
    同位旋守恒

核反应的能量

核反应	A + p → q + B
静止质量	M₀M₁M₂M₃
动能	E₀E₁E₂E₃

总能量守恒（利用爱因斯坦质能关系）：
M₀c²+ E₀+ M₁c²+ E₁=M₂c²+ E₂+M₃c²+ E₃由此得
Q ≡（E₂+ E₃）-（E₀+ E₁）= [（M₀+M₁）-（M₂+M₃）]c²

此式表示反应后动能与反应前动能之差，称为反应能，也是输出的净能量，用Q表示。净能量的数值也等于反应前粒子静止质量之和减去反应后粒子静止质量之和再乘以c²_。由此可知，反应能Q由两种方法计算
Q =（E₂+ E₃）-（E₀+ E₁）
Q = [（M₀+M₁）-（M₂+M₃）]c² Q 为正值是放能反应，负值是吸能反应。

核反应机制

(1) 库仑散射和库仑激发	当粒子达到原子核附近，他们彼此间有库仑力的作用，会发生卢瑟福式的弹性散射，称为库仑散射，另一情况是入射粒子的电场对原子核起作用，使它激发到较高能级，能量从入射粒子传给原子核。受激发的原子核会通过 γ 辐射回到基态。这个激发过程是库仑场的作用的结果，所以称为库仑激发。
(2) 核势散射	上述库仑场的作用，在入射粒子和原子核的距离在核力的作用程以外就可以发生。当粒子更接近原子核时，核力起作用，入射粒子受原子核中核子的平均势场的作用而引起弹性散射，这称为核势散射。
(3) 表面散射	这是比核势散射作用更强烈的一个过程，入射粒子对靶核表面的一个或几个核子的作用特别强，因而产生了非弹性散射，使靶核被激发。
(4) 表面嬗变	入射粒子对表面的核子起作用而把其中一个或几个粒子冲击了出来，它自己被吸收或被散射。
(5) 削裂反应和掇拾反应	当一个入射的原子核在靶核边上擦过时，入射的原子核中一个或几个核子被靶核俘获，入射核的其余部分继续前进。这称为削裂反应。相反的是掇拾反应，入射粒子擦过靶核时，从它那里掇拾一个核子。
(6) 复核形成	以上所说是各种直接的原子核反应。有很多原子核反应与上述情况不同，要经过两个步骤完成。第一步，入射粒子同靶核合成一个复核，然后第二步，在激发状态的复核再衰变成为另几个粒子。
(7) 散裂反应	上述那些反应是入射粒子能量较低时的情况，这是撞击能量从 0 到核子平均结合能 8兆电子伏的低倍数那么一个范围的核反应方式。当入射粒子的动能大约在50兆电子伏以上时，就有足够能量是靶核中几个或甚至很多个粒子射出，这称为散裂过程。
(8) 高能核反应	当入射粒子的能量高到10⁸ 电子伏特的数量级以上时，在撞击的过程中会产生几种新的粒子。最先产生的有 π 介子，能量更高时可产生 K介子和超子等。在这些高能核反应中，入射粒子对靶核中的核子单独起作用，是另一种反应机制。

原子能

指原子核能，是原子核结构发生变化时放出的能量。在实用上指重核裂变和轻核聚变时所放出的巨大能量。

结合能：所有核子结合在一起时所释放的能量。

△E = [ZM_p +（A－Z）M_n － M_A]c²

核子的平均结合能:

原子核的结合能△E与质量数 A 之比，称为该原子核的平均结合能，又称比结合能。核子的比结合能愈大，原子核就愈稳定。下图画出了比结合能对核子数（质量数A）的曲线。

平均结合能曲线

由图可见：

（1）在轻核区，平均结合能随质量数增加曲线呈上升趋势，但有周期性变化。在质量数为4 的倍数处出现峰值，如⁴He、⁸Be、¹²C、¹⁶O、²⁰Ne和²⁴Mg，他们的质子数和中子数均为偶数，属“偶—偶”核；处于低谷的则是⁶Li、¹⁰B和¹⁷N等“奇—奇”核。
在轻核区，如将平均结合能小的核聚集变成平均结合能大的核，将会释放出巨大的能量，例如，2个²H核聚变成1个⁴He核；或1个²H核与1个³H核聚变成1个⁴He核并放出1个中子，都会释放出巨大的能量。这是热核反应和氢弹研制的理论根据。