核武器的物理基础

 利用能自持进行的核裂变或核聚变反应释放的能量,产生爆炸作用并具有大规模杀伤破坏效应的武器,总称为核武器。其中,利用铀235或钚239等重原子核的裂变链式反应原理制成的武器,叫裂变武器,通常称为原子弹。利用重氢（（₁²）H,即氘）或超重氢（（₁³）H,即氚）等轻原子核的热核反应原理制成的武器,叫热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。以高能中子辐射为主要杀伤因素的低当量小型氢弹,称为中子弹。 一、原子弹 铀235、钚239这类重原子核在中子轰击下,会分裂为两个中等质量数的核（称为裂变碎片）,同时放出2-3个中子和约2.9×10^-11J的核能。     

裂变产物的中子核反应数据研究现状

前言重原子核在中子、质子、重核、介子和γ光子作用下均能发生裂变。其中最有实用价值的是铀和钚在中子作用下的裂变,因为这些裂变产生新中子,新中子又能够继续引起裂变,从而实现链式反应,大规模地释放核能。当前,核能利用中使用最多的是~(235)U 和~(239)Pu,后者主要用于核武器,前者除用于核武器之外更广泛地用于各种类型的反应堆。     

谈谈贫铀和贫铀弹

 自“贫铀弹”事件在欧洲被披露出来后,引起国际社会的极大关注,整个世界几乎都在评论着贫铀弹的是是非非。那么,一个看来本不起眼的“贫铀弹”为何会掀起如此轩然大波呢?在这里我们来谈谈贫铀和贫铀弹。一、铀铀是一种重金属元素,天然铀中有3种同位素:铀238、铀235和铀234,其中铀235是一种核裂变材料,常用于制造原子弹。根据铀裂变反应式可知,一个铀核裂变就能释放原子能201ＭｅＶ,1ｋｇ铀核能够释放原子能为8.2×10¹³Ｊ,而1ｋｇ无烟煤燃烧时释放化学能为3.35×10⁷Ｊ。     

核能存储及释放的新机制

 1938年,德国科学家奥托·哈恩等人发现铀裂变现象1939年8月2日,爱因斯坦在写给美国总统罗斯福的信中指出铀裂变可能导致新型重要能源的产生和武器的建造,由此导致了1942年美国研制原子弹的“曼哈顿”计划和1945年7月16日在美国新墨西哥州的沙漠里进行的世界上第一颗原子弹试验,从而使得核能成为可供利用的主要能源之一。通常所说的核能包括原子核的裂变能和聚变能。裂变能是重原子核通过裂变而释放的能量而聚变能是由两个轻原子核聚合成一个较重核而释放能量。除了核武器外,裂变能主要用于发电,目前世界的核电已达总电量的16%。     

德国的铀工程

 在第二次世界大战期间,从事原子能的德国科学家们试图利用在铀中制造链式反应产生电能。沃纳海森堡(WernerHeisenberg)希望这项成就将会对同盟国产生压力,如果德国在战争中失利。为了在天然铀中获得链式反应,需要利用减速剂减慢由于裂变产生的中子。这在当时广为人知。两种减速剂被认为可以利用:碳或重水。德国主要的实验核物理学家沃尔特·博特(WalterBothe)做了决定性的实验并获得结论:碳在石墨结构的形式不能工作。在美国,恩里科·费米(EnricoFermi)做了一个类似的实验,结论是:石墨不适合于利用。他怀疑问题出在石墨中有杂质。     

热中子反应堆与核电

一、 前言
1939 年德国科学家哈恩发现了重核的自发裂变,从此开始了原子能时代的新纪元。这个发现证实了核裂变伴随着大量能量释放的预言,此后又发现每个原子核裂变会放出几个中子。使得自持链式反应成为可能。如²³⁵U 吸收一个中子后,铀核的激发能增高而变得极不稳定,很快裂变成几个碎片,以碎片动能的方式放出能量。核裂变除放出碎片外,还放出2～3 个中子,例如²³⁵U 平均放出2.43 个中子,²³⁹Pu 平均放出2.92 个中子。如果这些中子中至少有一个中子去轰击铀核或钚核,就实现了所谓的自持链式反应。     

能量放大器——加速器驱动反应堆获得干净核能的新思路

 不久前,西欧核子中心主任、诺贝尔奖金获得者鲁比亚（C.Rubbia）领导的一个小组从高能物理实验中常用的量能器概念出发,提出了一个提供干净核能的新概念:利用高能强流质子加速器（能量0.8-1.5GeV,平均流强～7mA）产生的高能质子束,在物质中形成核级联过程而产生大量的中子,天然钍(²³²Th)俘获中子而转变为裂变元素²³³U,²³³U又裂变产生中子维持链式反应,他们将这个装置称为能量放大器,装置启动后,裂变元素在天然钍中的比例很快可以达到相对稳定,形成一个长期稳定的能量产出,装置运行于次临界状态和相当低的中子通量下(～10¹⁴cm^-2·s^-1)以确保增值过程的稳定持续和设备无临界危险。     

韩国核能力

根据公开资料分析，韩国政府曾在20世纪70年代组织开发过核武器，后迫于美国的压力而宣布终止。韩国在2004年被揭露出一系列核问题：（1）激光浓缩铀试验。韩国科学家在2000年实验采用原子气体激光同位素分离（AVLIS）技术，耗费3．5kg金属铀，最后共获得了0．2g平均浓度为10．2％的铀-235。试验生成的铀-235的最高浓缩度已达到77％，接近武器级水平。（2）钚分离试验。1982年4月至5月，几名韩国科学家从钚和铀裂变产物的溶液中提取了少量（毫克级）的钚。（3）化学铀浓缩试验。1979年至1981年，韩国科学家将0．7埏天然铀粉末浓缩为0．72％的铀-235。（4）金属铀提炼试验。1982年，韩国在一座未公开的设施上将UO2转换成UF4，而后在1982年5月至1984年11月，用UF4生产了大约150kg金属铀。这些核问题韩国都未按《全面保障监督协定》规定及时向IAEA申报。     

主动中子多重性铀质量测量模拟研究

中子多重性技术常用于测量和核查核材料,尤其针对具有较厚屏蔽的对象具有不可替代的优势。钚的自发裂变率较高,可以采用被动测量方法,目前已有多款不同的测量装置。然而铀材料的自发裂变率较低只能采用主动测量方法。现有的主动井型符合计数器（AWCC）能够进行主动中子多重性测量铀材料质量,但依然存在探测效率较低,Am-Li中子源产生偶然符合大等缺点。为提高铀材料测量的效率和精度,对主动中子多重性测量方法开展深入研究非常必要。本文参考AWCC模型,利用Geant4软件对探测器和粒子的输运过程进行建模。研究了多重性移位寄存器的不同符合门宽、不同延迟时间对铀测量结果相对偏差的影响规律。计数器的最佳门宽为44 μs,门宽取值范围在计数器衰减时间的1.5倍左右合适;延迟时间大于3倍计数器衰减时间后,相对偏差显著减少。最后讨论了235U富集度变化对主动中子多重性测量结果的影响。为后续主动中子多重性铀质量测量仪器的设计提供了参考。     

质子的衰变——兼谈一道中学物理竞赛题

 生命是短暂的,所有动物和植物都会衰亡.大多数粒子的“寿命”则更为短暂,即使“长寿”的自由中子,其寿命不过十几分钟.中子衰变后产生三个较轻的粒子:质子、电子和反中微子（n°→p⁺+e^- +（?）_e）;其他许多粒子的“寿命”只是一瞬间(10^-22～10^-10秒).那些似乎永恒的东西--山川、日月、银河等其实也总有消亡的那一天.     

核电和物理学

20世纪三四十年代，原子物理学家们发现中子轰击铀原子核的裂变现象并首次实现可控裂变链式反应，把世界带进了原子能时代．半个世纪以来核电已达到全世界电力的16％．目前99％以上都是热中子反应堆核电站。在大规模发展核电的情况下，比如说百GWe,必须加快快中子增殖反应堆的发展和推广，方无核燃料匮乏之虞。     

核能的和平利用及前景

 全面禁止核试验条约的谈判,由于印度拒绝签字而陷入僵局。经过新闻传媒的宣传,“核”又触发了人们的敏感神经。一时间使“核”问题成为了人们关注的焦点。各界舆论众说纷云,使人们对核能的和平利用产生了众多的质疑。     

“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征探究

“黑青”指颜色近黑色,主要成分为透闪石的青玉。“黑碧”指颜色近黑色,主要成分为阳起石的碧玉。采用电子探针、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪和红外光谱测试分析手段,确定“黑青”“黑碧”的矿物种属。采用拉曼光谱、显微紫外-可见分光光度计、红外光谱对“黑青”“黑碧”的谱学鉴别特征进行探究。“黑青”为标准透闪石拉曼谱峰,“黑碧”的谱峰位置与“黑青”存在几个波数的偏差,向波数小的方向移动。可见-近红外波段,“黑青”出现445 nm吸收峰,680和940 nm宽吸收带,为Fe2+和Fe3+作用;“黑碧”出现445 nm吸收峰,660和690 nm双吸收峰以及970 nm吸收峰,为Fe2+,Fe3+,Cr3+作用。显微紫外-可见光谱可分析到样品的近红外区,“黑青”在1 397,2 310,2 387和2 466 nm出现强吸收峰,1 915和2 120 nm出现弱吸收峰;“黑碧”在1 400,2 313和2 394 nm出现吸收峰。红外光谱分析“黑青”在5 225,4 738,4 692,5 349,4 317,4 190和4 064 cm-1存在吸收峰;“黑碧”在4 708,4 307,4 178和4 031 cm-1存在吸收峰。显微紫外-可见光谱与红外光谱分析结果虽然存在小的差异,但基本保持一致,以红外光谱分析结果为准。将透闪石质的“黑青”、阳起石质的“黑碧”、广西大化阳起石质玉进行对比,综合红外光谱和显微紫外-可见光谱分析结果得出“黑青”（透闪石）与“黑碧”（阳起石）近红外光谱的鉴别特征：“黑青”（透闪石）在4 800～4 600 cm-1存在两个吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在分裂双吸收峰;“黑碧”（阳起石）在4 800～4 600 cm-1存在一个弱吸收峰,4 350～4 300 cm-1存在一个吸收单峰。且“黑碧”（阳起石）的近红外吸收峰相较于“黑青”（透闪石）整体向低波数方向移动。     

原子核是由什么组成的?——老问题新探索

 1932年查德威克发现了中子,海森堡和伊凡宁柯立即于同年提出了“原子核是由中子和质子组成的”这一重要假说,从而使原子核物理学在实验和理论两方面沿着正确的轨道蓬勃发展起来,迄今整整60年了.然而,从现代的观点来看,人们目前仍不能确切地回答:“原子核是由什么组成的?”原子核作为多核子系统从本世纪30年代起,人们就认识到原子核是由两类核子（中子和质子）通过强相互作用结合起来的多体系统.     

核电站和核潜艇的核

 新华社报导了我国核电站的建设情况,发表了我国核潜艇的照片,这表明我国在核能利用方面的新进展.自从苏联在1954年建成世界上第一座原子能发电站、在1962年制造出世界上第一艘原子破冰船以来,近二、三十年的时间内,世界上不少国家建设了核电站、制造了核动力舰只.据报导,目前世界上核电站的发电能力已占总发电能力的15％以上,核舰只的数量也越来越多.核电站、核潜艇等的“核”就是核动力反应堆.     

生物激活磁共振成像造影剂的研究进展

介绍了磁共振成像新一代造影剂--生物激活造影剂（亦称之为“酶激活”、“生物应答”或“智能型”造影剂）的研究进展.主要讲述了这类造影剂的设计原理、性能与作用. 它们主要分别对生物体内的酶、金属离子浓度、pH等敏感.     

评所谓2000公里远的气功外气影响物质性质的试验

 （一）这是严谨的科学实验,还是甚不科学的“科学”试验?甲:前一时期,我在书摊上购买到《严新气功现象》一书,书中刊载了一组“科学”实验,严新和高能物理所几位实验者宣称:“通过这些实验,捕捉到了外气的一系列不可思议的特性”（见该书213页,以下凡引自此书的文字,将只注出页码）,例如,远在2000公里的气功外气竟会对“物质分子”发生作用,在1500²000公里远的外气竟会对“放射源镅-241衰变计数率”发生影响,等等。     

关于“104-109号元素的最新定名”一文的说明

 感谢《现代物理知识》编辑部,为１０４-１０９号元素的命名问题给了我发表个人看法的机会。在“１０４-１０９号元素的最新定名”一文（发表于本刊１９９９年第６期）寄出不久之后,笔者获得如下信息：１．１０８号元素“ｈａｓｓｉｕｍ（Ｈｓ）”来源于德国ＧＳＩ的所在地黑森州（Ｈｅｓｓｅ,Ｈｅｓｓｅｎ）,不是用来纪念Ａ．Ｅ．Ｈａａｓ的。全国科学技术名词审定委员会确定译名为“”是妥善的。２．关于１０７号元素“ｂｏｈｒｉｕｍ（Ｂｈ）”,过去有些书籍曾用“”的译名．全国名词委鉴于汉字中“王”旁居于中间位置者没有先例,故未采用．由此可知,全国名词委对于该词的译名是经过斟酌的．关于“104-109号元素的最新定     

“爱迪生”珍珠及染色处理有核珍珠的谱学特征

颗粒大、圆度高并具有浓郁颜色的淡水有核养殖珍珠（商贸名称为“爱迪生”珍珠）为珍珠市场提供了更高的品质与价值,然而受利益的驱使,染色的有核养殖珍珠也逐渐流入市场,扰乱了消费者的健康消费,在一定程度上阻碍了“爱迪生”珍珠产业的良性发展。本文利用红外光谱仪、紫外-可见分光光度计和光致发光光谱仪对养殖和染色“爱迪生”珍珠进行了系统的谱学研究,并将其与海水珍珠、染色海水珍珠进行了比较。结果表明：（1）染色与养殖“爱迪生”珍珠在红外光谱上均显示1 445,882和725 cm-1处的文石振动峰,其中染色“爱迪生”珍珠在3 800 cm-1处均出现宽缓的弱吸收峰;（2）染色“爱迪生”珍珠的紫外可见光光谱中280 nm处的吸收峰明显弱于养殖“爱迪生”珍珠,染色后的“爱迪生”珍珠整体反射率降低,可能与染剂使珍珠中的蛋白质分子受损有关。染黄色“爱迪生”珍珠缺失养殖橙黄色“爱迪生”珍珠在360～380 nm处的吸收峰,而与染色海水金珠430 nm处的强吸收峰相似。染黑色“爱迪生”珍珠在425 nm处有吸收峰,染色海水黑珍珠在480和645 nm处有吸收峰,养殖海水黑珍珠在702 nm处有吸收峰,三者图谱的差异可能为各自的染料不同所致;（3）养殖“爱迪生”珍珠在光致发光光谱中450～550 nm范围内可见一组吸收峰,染色“爱迪生”珍珠的发光中心向红区偏移且在650 nm附近出现强度不等的与染色剂相关的吸收峰,染色海水金珠也在600 nm处有和染色剂有关的吸收峰。     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.