基于热力学方法的核辐射放射本能研究

　　2007年, E. Sciubba和G. Wall[1]列出了与放射本能相关的许多文献讨论到了核放射本能的诸多问题以及核燃料的放射本能.放射本能通常定义为系统从某一给定状态到与周围环境达 到力学、热学、化学平衡所可做的最大功.最近,W. A. Her-mann[2]谈到核燃料的放射本能主要源于可用于核裂变或核聚变的核素中的强大的核力势能,我们在假定提出的核反应中放射本能等于反应物和产物 的质量亏损(不包括中微子能量)下,计算了这些核素的核放射本能.然而,在E. Sciubba和G. Wall[1]列出的文献中却没有涉及到核辐射的放射本能.可是,核辐射放射本能问题不仅在理论上,而且在实际中也有重要的利用价值,有关热辐射放射本能 问题却已有很多研究.本文在核反应机制上,提出一种简单的关于核辐射放射本能的热力学理论,使用简单的热力学办法,在单辐射通道情况下对静止质量不为零发 射物质内部的核辐射放射本能和自由核辐射的放射本能

　　1　复合核分裂的统计热力学理论

　　1.1　核反应机理[3]　核辐射是原子核的自发或诱导转化过程.复合核(CN)理论认为核反应产生的中间物其结构和激发能决定进一步的反应.把核反应模型化为两步骤机制[4]

其中a和b分别是入射粒子和出射粒子,X和Y分别是靶和产物核.产物核可能是稳定的或放射性的.通常,入射粒子是小质量的,如质子,中子,氘核,α 粒子或γ光子等.在放射性衰变的情况下,没有入射粒子,并且放射出α粒子或β粒子.核反应的初期阶段称为入射通道;入射粒子的特性及核能量的巨大差异,以 及靶子结构的差异导致在最后阶段不同的反应路径,通常称为出射通道.许多类型的b粒子构成了核辐射.核辐射中包括如下重子:质子,中子,α粒子等;轻 子:β粒子.然而,为了方便起见,此理论只针对一个b粒子类型.

　　1.2　统计热力学核辐射模型　如图1所示,设一个体积为V,厚度为△x的平行六面体平板包含着一种有Nn个核组成的物质(有放射性的).平板的每一个面的面积A =V/△x.一种密度通量为JNa能透过平板的粒子a以速度va垂直入射到平板的一个面上.

　　如(1)式所示,一些粒子a与核相互作用同时通过核反应发射b粒子.出射的粒子自身之间以及与核之间都不发生相互作用,通过最初的发射之后就没 有能级占有数的变化.b粒子只能透过平板对面.在体积V中的入射a粒子和出射b粒子都看做是一种准稳态.把如(1)式的直接反应的横截面记为 σ(a,X).于是,一个a粒子穿过平板时碰撞到核的概率为pc[4]

一个a粒子穿过平板所需要的时间为△t=△x/va,因而在平板中的a粒子数量Na将保持不变.

这里忽略了与核相碰撞的a粒子数目N*a( Na).被撞击的核的数目N*n与N*a相等,即