Question

8．2011年3月11日，日本發(fā)生9．o級(jí)地震后爆發(fā)海嘯，導(dǎo)致福島核電站核泄漏，核安全問題引起世界關(guān)注．福島核電站屬于輕水反應(yīng)堆，即反應(yīng)堆使用普通水作為減速劑，使快中子減速變成慢中子，便于被${\;}_{92}^{235}$U俘獲，發(fā)生可控制核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．
（a）若鈾核${\;}_{92}^{235}$U俘獲一個(gè)慢中子，發(fā)生核裂變后產(chǎn)生了${\;}_{54}^{139}$Xe和${\;}_{38}^{94}$Sr，試寫出核裂變方程．
（b）若快中子的減速過程可視為快中子與普通水中${\;}_{1}^{1}$H核發(fā)生對(duì)心正碰后減速．上述碰撞過程可簡化為彈性碰撞，現(xiàn)假定某次碰撞前快中子速率為v₀，靶核${\;}_{1}^{1}$H核靜止．試通過計(jì)算說明，此次碰撞后中子的速度變?yōu)槎嗌�？（已知�(dú)浜速|(zhì)量和中子質(zhì)量近似相等）．

Answer 1

分析 （a）根據(jù)電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒寫出核裂變方程式．
（b）核裂變過程中動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律求出中子的速度

解答 解：（a）根據(jù)核電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒可知，核反應(yīng)方程式為：
${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n→${\;}_{54}^{139}$Xe+${\;}_{38}^{94}$Sr+3${\;}_{0}^{1}$n；
（b）中子質(zhì)量為m，原來速度為v₀，碰撞后速度為v₁，質(zhì)子質(zhì)量為M，碰撞后速度為v₂，以中子的初速度方向?yàn)檎�方向，則由動(dòng)量守恒得：
mv₀=mv₁+Mv₂，
由能量守恒定律得：$\frac{1}{2}$mv₀²=$\frac{1}{2}$mv₁²+$\frac{1}{2}$Mv₂²，
解得：v₁=$\frac{m-M}{m+M}$v₀，v₂=$\frac{2m}{m+M}$v₀；
由于中子質(zhì)量m與質(zhì)子質(zhì)量M近似相等，
即m=M，則v₁=0．
答：（a）核反應(yīng)方程式為：${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n→${\;}_{54}^{139}$Xe+${\;}_{38}^{94}$Sr+3${\;}_{0}^{1}$n；
（b）此次碰撞后中子的速度變?yōu)?．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了寫核反應(yīng)方程式、求粒子速度，分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過程是正確解題的關(guān)鍵；根據(jù)質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可以寫出核裂變方程式；應(yīng)用動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律可以正確解題．