第十五章第三核反应核能

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即时应用 1．(2011·高考浙江卷)关于天然放射现象，下 列说法正确的是( ) A．α射线是由氦原子核衰变产生 B．β射线是由原子核外电子电离产生 C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D．通过化学反应不能改变物质的放射性
解析：选D.α射线是氦核流，A错；β射 线是原子核内的一个中子变成一个质子 而放出的，B错；γ射线是原子核受激发 而产生的，C错；物质的放射性和半衰 期与温度以及化合状态等无关，由核本 身的性质决定，故D项正确．
2．半衰期：放射性元素的原子核有 __半_数___发生衰变所需要的时间．
四、核能 1 ． 核 反 应 规 律 ： 在 核 反 应电中荷，数 ______质守量恒数，______守恒．
2．核力 (1)概念：组成原子核的__核__子__之间存 在的作用力．
(2)核力特点 ①核力是_强__相_互__作__用__ (强力)的一种表现，在 它的作用范围内，核力比库仑力大得多． ②核力是_短__程___力，作用范围在1.5×10－15 m之内． ③每个核子只跟__相_邻___的核子发生核力作 用，这种性质称为核力的饱和性．
特别提醒：(1)半衰期是大量原子核衰 变时的统计规律，对个别或少数原子 核，无半衰期可言. (2)原子核衰变时质量数守恒，核反应 过程前、后质量发生变化(质量亏损) 而释放出核能.
即时应用 2．(2011·高考山东卷)碘 131 核不稳定，会发 生 β 衰变，其半衰期为 8 天． (1)碘 131 核的衰变方程：13513I→__________(衰 变后的元素用 X 表示)． (2)经过__________天有 75%的碘 131 核发生 了衰变．
即时应用
4．(2010·高考北京卷)太阳因核聚变 释放出巨大的能量，同时其质量不断 减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为 4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程， 太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg C．1013 kg
B．1018 kg D．109 kg
解析：选 D.解答本题要熟记公式 ΔE＝Δmc2.
即时应用
3．(2010·高考广东卷)关于核衰变和核反 应的类型，下列表述正确的有( )
A.23982U→23940Th＋42He
是 α 衰变
B.147N＋42He→178O＋11H 是 β 衰变
C.21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变
D.8324Se→8326Kr＋2－01e 是重核裂变
解析：选AC.α衰变是放射出氦核的天 然放射现象，A正确；β衰变是放射出 电子的天然放射现象，而B项是发现 质子的原子核人工转变，故B错；C项 是轻核的聚变，D项是β衰变现象，故 C对D错．
由
公
式
可
得
：
Δm
＝
ΔE c2
＝
4×1026 3×1082
kg≈4×109 kg，所以 D 选项正确．
题型探究讲练互动
衰变次数的分析与半衰期的计算
例1 (1)23920Th(钍)经过一系列 α 衰变和 β 衰变，变成20882Pb(铅)．以下说法正确的 是( ) A．铅核比钍核少 8 个质子 B．铅核比钍核少 16 个中子 C．共经过 4 次 α 衰变和 6 次 β 衰变 D．共经过 6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变
核反应方程及反应类型
例2 现有五个核反应： A.21H＋31H→42He＋10n B.23952U＋10n→X＋8396Kr＋310n C.2114Na→2142Mg＋0－1e D.22808Ra→21866Rn＋42He E.42He＋94Be→126C＋10n
(1)________是发现中子的核反应方程， ________是研究原子弹的基本核反应方 程，________是研究氢弹的基本核反应 方程． (2)求B项中X的质量数和中子数． (3)判断以上五个核反应的反应类型．
制
23952U＋10n→15464Ba＋8396Kr＋310n 23952U＋10n→13564Xe＋9308Sr＋1010n
轻核聚 变
除氢弹 外无法
控制
21H＋31H→42He＋10n
特别提醒：(1)核反应过程一般都是不 可逆的，所以核反应方程只能用单向 箭头表示反应方向，不能用等号连接. (2)核反应的生成物一定要以实验为基 础，不能凭空只依据两个守恒规律杜 撰出生成物来写核反应方程.)
二、天然放射现象
1．天然放射现象：某些元素自发放射某 些射线的现象称为天然放射现象，这些元 素称放射性元素． 2．三种射线的本质：α射线是氦__核___，β 射线是_电__子____，γ射线是_光_子_____．
三、原子核的衰变
1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而 转变成_新__核___的变化．可分为α__衰_变_____、 _β_衰__变__，并伴随着γ射线放出．
2．轻核聚变 (1) 定 义 ： 两 个 轻 核 结 合 成 _较_重____ 的 核 ， 这样的核反应叫聚变． (2)聚变发生的条件：使物体达到几百万 度的高温．
要点透析直击高考
一、三种射线的比较 1．三种射线
种类 组成 带电荷量
质量
速度 在电磁场中
贯穿本领
对空气的 电离作用 在空气中
的径迹
【思路点拨】 (1)根据质量数守恒和电 荷数守恒列二元一次方程组求出 α 衰变 和 β 衰变的次数． (2)由 m t 图象求出半衰期，再由 m 余＝ m 原(12)τt计算 t.
【解析】 (1)设 α 衰变次数为 x，β 衰变次数 为 y，由质量数守恒和电荷数守恒得 232＝208＋4x 90＝82＋2x－y 解得 x＝6，y＝4，C 错 D 对． 铅核、钍核的质子数分别为 82、90，故 A 对． 铅核、钍核的中子数分别为 126、142，故 B 对．
(2)写出衰变方程3105P→3104Si＋01e，故这种粒
子为01e(正电子)
由 m-t 图知3125P 的半衰期为 14 天，由 m 余
1t
1t
＝m 原(2)τ得 0.25 mg＝4 mg×(2)14，故
t＝56 天．
【答案】 (1)ABD (2)01e(正电子) 56 天
【易误警示】 (1)半衰期是原子核有半数 发生衰变，变成新核，并不是原子核的数 量、质量减少一半． (2)要理解半衰期公式中各物理量的含义， 在公式 n＝N(12)τt，m′＝m(12)τt中，n、m′ 是指剩余的原子核的量，而不是衰变的 量．
解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，13513I→13514 X＋ －01e (2)根据 m＝m0(12)Tt 得：0.25 m0＝m0(12)8t， 解得 t＝16 天．
答案：13154X＋－01e (2)16
三、核反应的四种类型
类型 α衰变
衰变 β衰变
可控性 自发 自发
核反应方程典型
23982U→23940Th＋42He 23940Th→29314Pa＋－01e
特别提醒：(1)质量数与质量是两个不同的 概念.核反应中质量数、电荷数都守恒，但 核反应中依然有质量亏损. (2)爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量 亏损和释放出核能这两种现象之间的联系， 并不表示质量和能量之间的转变关系(即： 核反应中的质量亏损，并不是这部分质
量消失或质量转化为能量).质量亏损 也不是核子个数的减少，核反应中核 子的个数是不变的. (3)质量亏损并不否定质量守恒定律.
放
出
三
个
中
子
，
核
反
应
方
程
为
235 92
U
＋
__10_n__―→14564Ba＋8396Kr＋310n.
(3)链式反应：由重核裂变产生中子使 裂变反应一代接一代继续下去的过程 叫做核裂变的链式反应．
(4)链式反应的条件：①要有足够浓度 的235U；②铀块体积需__大_于___临界体 积，或铀块质量_大__于___临界质量．
四、核能的产生和计算 1．获得核能的途径 (1)重核裂变：某些重核分裂成中等质 量的核的反应过程，同时释放大量的 核能．要使铀235发生链式反应以持 续地输出能量，铀块的体积应大于它 的临界体积．
重核的裂变：如23952U＋10n→9308Sr＋13564Xe＋1010n 应用：原子弹、核反应堆 (2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的 反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘 核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的 高温，因此聚变反应又叫热核反应． 轻核的聚变：如21H＋31H→42He＋10n. 应用：氢弹、可控热核反应．
2.确定衰变次数的方法 (1)设放射性元素AZX 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳定的新元素AZ′′Y， 则表示该核反应的方程为
AZX→ZA′′Y＋n42 He＋m－01e. 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m.
(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量 无影响，先由质量数的改变确定α衰变 的次数，然后再根据衰变规律确定β衰 变的次数.
3．对半衰期的理解 (1)根据半衰期的概念，可总结出公式 N 余＝N 原(12)τt，m 余＝m 原(12)t/τ
式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的
原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发
生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示
衰变时间，τ 表示半衰期．
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢 是由原子核内部因素决定的，跟原子 所处的物理状态(如温度、压强)或化 学状态(如单质、化合物)无关．
3．质量亏损 (1)爱因斯坦质能方程：__E__＝_m__c_2_. (2)质量亏损：原子核的质量__小_于____ 组成它的核子的质量之和的现象．
五、核裂变和核聚变
1．重核裂变 (1)定义：使重核分裂成_质__量__较__小__的原子核的
核反应．
(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生