第十五章第2单元天然放射现象、核反应、核能
1．随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是________．(填选项前的编号)
①卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构
②天然放射现象表明原子核内部有电子
③轻核聚变反应方程有：21H＋31H―→42He＋10n
④氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃
迁辐射出的光子波长比后者的长
2．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.0136 u，31H的质量为3.0180 u，
4
He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则
2
(1)X是什么粒子？
(2)该反应释放能量还是吸收能量？
3．云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，且轨道半径为R，试求衰变过程中的质量亏损．(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)
4．一个静止的氡核22286Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核21884Po，同时放出能量为E＝
0.26 MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的
动量．已知M氡＝222.08663 u、mα＝4.0026 u、M钋＝218.0766 u，1 u相当于931.5
MeV的能量．
(1)写出上述核反应方程；
(2)求出发生上述核反应放出的能量；
(3)确定钋核与α粒子的动能．
5．太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程．
(2)这一核反应能释放出多少能量？
(3)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少kg?
(4)若太阳质量减小万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能存在多少
年？(m p＝1.0073 u，mα＝4.0015 u，m e＝0.00055 u，太阳的质量为2×1030 kg)
6．(2009·江苏高考)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱克斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(10n)和正电子(0＋1e)，即
中微子＋11H→10n＋0＋1e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母)
1、 H 和O 在1000eV 到1eV 能量范围内的散射截面似为常数，分别为20b 和38b.计算2H O 的ξ以及在2H O 和中子从1000eV 慢化到1eV 所需要的碰撞次数。 解：不难得出，2H O 的散射截面与平均对数能降应有下列关系： 2 2 2H O H O H H O O σξσξσξ?=?+? 即 2(2)2H O H O H H O O σσξσξσξ+?=?+? 2 (2)/(2)H O H H O O H O ξσξσξσσ=?+?+ 查附录3，可知平均对数能降： 1.000H ξ=，0.120O ξ=，代入计算得： 2 (220 1.000380.120)/(22038)0.571H O ξ=??+??+= 可得平均碰撞次数： 221ln()/ln(1.0001)/0.57112.0912.1C H O N E E ξ ===≈ 2．设 ()f d υυυ''→表示L 系中速度速度υ的中子弹性散射后速度在υ'附近d υ'内的概率。 假定在C 系中散射是各向同性的，求()f d υυυ''→的表达式，并求一次碰撞后的平均速 度。 解： 由： 21 2 E m υ'= ' 得： 2dE m d υυ'='' ()(1)dE f E E dE E α' →''=- - E E E α≤'≤ ()f d υυυ''→=2 2,(1)d υυαυ '' -- αυυυ≤'≤ ()f d αυ υ υυυυ= '→'' 322(1)3(1)υ αα= -- 6.在讨论中子热化时，认为热中子源项()Q E 是从某给定分解能c E 以上能区的中子，经过弹性散射慢化二来的。设慢化能谱服从()E φ/E φ=分布，试求在氢介质内每秒每单位体积内由c E 以上能区，（1）散射到能量为()c E E E <的单位能量间隔内之中子数()Q E ;（2）散射到能量区间1g g g E E E -?=-的中子数g Q 。 解：（1）由题意可知： ()()()()c E s Q E E E f E E dE φ∞ = ∑'''→'? 对于氢介质而言，一次碰撞就足以使中子越过中能区，可以认为宏观截面为 常数： /()()()c E S E Q E E f E E dE α φ= ∑''→'?
高二级物理研究性学习方案 ——生活中的电磁辐射现象 指导教师：朱正瑞牛选民 参加班级：高二五班 参加人数：70人 一、课题名称： 生活中的电磁辐射现象 二、课题背景说明： 近年来，电磁辐射成为了人们经常关注的物理现象，随着科技的发展，我们的身边出现了更多电磁辐射。电磁辐射分为天然辐射和人工辐射。天然辐射来自太阳、地球的热辐射，宇宙射线、雷电等。人工辐射主要来自电视、广播，雷达、通信基站，还有工业、科学、医疗和生活中的一些应用设备。电磁辐射现象对现代的生产与生活产生了正面的和负面的影响。 三、课题的目的和意义： 让更多的同学了解生活中的电磁辐射现象以及了解如何减小有害辐射的伤害。 四、课题内容： 1.有益辐射现象。 2.有害辐射现象。 3.有害辐射带来了什么。 4.如何减小有害辐射带来的伤害。 五、课题研究方法： 建立合作小组，小组在教师的指导下通过图书资料和上网下载网络资料进行学习，并以个人或小组为单位到相关家庭、单位或部门了解电磁辐射现象，收集资料，对各种资料进行筛选、整理、分析，小组合作讨
论，最后得出成果。 六、课题研究的程序与分工： 1. 研究程序 第一阶段：课题培训阶段。（1课时） 指导教师与学生见面，全体学生听取教师的课题介绍，了解研究性学习的学习目的、研究方法等相关内容。 第二阶段：课题准备阶段。（1课时） 学生自由组成课题小组，选定组长，组长分工；教师指导学生写好课题报告、申报表上交，安排好阶段的学习活动工作计划。 第三阶段：课题实施阶段。（1个半月） （1）第1周：查询图书资料或网络资料，学习电磁辐射益处与害处。（2）第2周：调查生活与生产中的电磁辐射现象。 （3）第3周：制定减小有害辐射的方案。 （4）第4周：撰写学习心得、研究报告，制作宣传板报。 （5）第50周：进行结题工作。 2.任务分工 （1）搜集学习性资料：第一研究小组组长：刘晓玲张永福 （2）调查与访问：第二研究小组组长：王亚娟王建成 （3）整理分析资料：第三研究小组组长：吴玲贺新元 七、课题实施的条件：书籍、网络、计算机、照相机等。 八、课题的成果形式：研究报告 九、评价方式： 研究性学习结题报告完成之后，需要对每个同学在本次课题活动中的参与情况和取得的收获进行全面系统评价，评价过程为： 1.个人总结 参加课题活动的每个学生对本课题的开展情况进行整体介绍和评价。
第3节 核反应和核能 知识点1 原子核的组成 放射性及放射性同位素 1．原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电． (2)基本关系 ①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数． (3)X 元素的原子核的符号为A Z X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数． 2．天然放射现象 (1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． (2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素． (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． 3．放射性同位素的应用与防护 (1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核． (2)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． (3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等． (4)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 知识点2 原子核的衰变、半衰期 1．原子核的衰变 (1)定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化． (2)分类： α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋4 2He β衰变：A Z X→ A Z ＋1Y ＋ 0 －1e γ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射． (3)两个典型的衰变方程： ①α衰变：238 92U→234 90Th ＋4 2He ； ②β衰变：234 90Th→234 91Pa ＋0 －1e.
《核反应堆物理分析》85页扩散理论习题解答二 21 解：（1）建立以无限介质内任一点为原点的球坐标系（对此问题表达式较简单），建立扩散方程： 即：2a D S φφ??+Σ=2a S D D φφΣ??=?边界条件：i.,ii.0φ<<+∞()0,0J r r =<<+∞ 设存在连续函数满足： ()r ?222,(1)1(2)a S D D L φ?φ???=???Σ?=??可见，函数满足方解形式：()r ?exp(/)exp(/)()r L r L r A C r r ??=+由条件i 可知：C =0， 由方程（2）可得：()()/a r r S φ?=+Σ再由条件ii 可知：A =0，所以： /a S φ=Σ 0） ，x >0S D ?,iii.()(0)/2a x t φ′=?Σlim ()0x J x →∞ =)exp(/)exp(/)/a x A x L C x L S =?++Σ//()x L x L J x D e e dx L L ?=?=?由条件ii 可得：0 lim ()()()22a a x a a AD CD t S tL S J x A C C A A C L L D →′′=?=?Σ++??=Σ++ΣΣ由条件iii 可得：C =0
所以：(22(1)a a a a tL S S A A A D D tL ′?=Σ+?=Σ??Σ′Σ//()[12(2/)(1)x L x L a a a a a a te S S S x e D t D L tL φ??′Σ=+=?′ΣΣΣ+??Σ′Σ对于整个坐标轴，只须将式中坐标加上绝对值号，证毕。 22 解：以源平面任一点为原点建立一维直角坐标系，建立扩散方程： 2112 22221()(),01()(),0x x x L x x x L φφφφ?= ≥?=≤边界条件：i.;ii.;1200lim ()lim ()x x x x φφ→→=000 lim[()|()|]x x J x J x S εεε=+=?→?=iii.;iv.; 1()0a φ=2()0b φ?=通解形式：，111sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+222sinh(/)cosh(/)A x L C x L φ=+122cosh(sinh()cosh(sinh()]x x x x C A C S L L L L ?++=（3）1/)sinh(/)a L A a L =?（4）22cosh(/)sinh(/) C b L A b L =联系（1）可得：12tanh(/)/tanh(/) A A b L a L =?结合（2）可得：222tanh(/)/tanh(/)1tanh(/)/tanh(/)SL b L SL D A A A D a L b L a L ?=??=+1/1tanh(/)/tanh(/) SL D A a L b L ??=+
核反应、核能与裂变 --示例教学重点：核的人工转变和核能的计算 教学难点：核能的计算 教学示例: 、人工核转变 1、质子的发现 卢瑟福 2、中子的发现 查德威克 二、核能 1、核能 2、质量亏损 3、质能方程 4、核能的计算例题1:已知质子和中子结合成氘核时的质量亏损 为 0.0040 X 10-27kg，则此过程中释放的能量为多少? 解：根据爱因斯坦的质能方程知 =ev =2.2 mev 例题2:静止的锂核 在俘获一个中子后，生成一个氘核和一个粒子，并释放4.8mev
的能量.（1）写出核反应方程式（2）计算反应过程中的质量亏损 （2）根据爱因斯坦的质能方程知: 三、核裂变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫 裂变. 四、铀核的裂变 1、裂变方程具有多样性 2、核能的释放举例计算铀核裂变过程 释放的能量3、链式反应动画演示此过程 五、裂变的应用 1、原子弹 2、核反应堆 六、作业v/p
--示例教学重点：核的人工转变和核能的计算 教学难点：核能的计算 教学示例: 、人工核转变 1、质子的发现 卢瑟福 2、中子的发现 查德威克 二、核能 1、核能 2、质量亏损 3、质能方程 4、核能的计算例题1:已知质子和中子结合成氘核时的质量亏损 为 0.0040 X 10-27kg，则此过程中释放的能量为多少? 解：根据爱因斯坦的质能方程知 =ev =2.2 mev 例题2:静止的锂核
在俘获一个中子后，生成一个氘核和一个粒子，并释放4.8mev 的能量.（1）写出核反应方程式（2）计算反应过程中的质量亏损 （2）根据爱因斯坦的质能方程知: 三、核裂变 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫 裂变. 四、铀核的裂变 1、裂变方程具有多样性 2、核能的释放举例计算铀核裂变过程 释放的能量3、链式反应动画演示此过程 五、裂变的应用 1、原子弹 2、核反应堆 六、作业v/p
陕西省人教版物理高二选修2-3 5.1天然放射现象原子结构同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分） (2017高一下·琼山期末) 卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在（） A . 电子 B . 中子 C . 质子 D . 原子核 2. （2分） (2017高二下·金凤期末) 卢瑟福预想到原子核内除质子外，还有中子的事实依据是（） A . 电子数与质子数相等 B . 原子核的质量大约是质子质量的整数倍 C . 原子核的核电荷数只是质量数的一半或少一些 D . 质子和中子的质量几乎相等 3. （2分）恒星的前身是（） A . 宇宙的微粒 B . 星团 C . 行星 D . 星际云或星际云中的某块星云 4. （2分） (2017高二下·巨鹿期中) 在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数的α粒子发生了大角度的偏转，其原因是（） A . 原子中有带负电的电子，电子会对α粒子有引力的作用
B . 正电荷在原子中是均匀分布的 C . 原子的正电荷和绝大部分的质量都集中在一个很小的核上 D . 原子是可再分的 5. （2分） (2017高三上·普宁期末) 下列说法正确的是（） A . 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 B . 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短 C . 汤姆生发现电子，表明原子具有核式结构 D . 按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增加 6. （2分）(2017·银川模拟) 下列说法正确的是（） A . 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 B . 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在的原子核 C . 一束光照射某种金属，其频率低于该金属的截止频率时不能发生光电效应 D . 氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，核外电子的动能增大 7. （2分）(2017·新化模拟) 下列说法正确的是（） A . 原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B . α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流 C . 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D . 发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 8. （2分） (2017高二下·江津期中) 下列说法正确的是（） A . 玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
核反应堆物理分析答案 第一章 1-1.某压水堆采用UO 2作燃料，其富集度为2.43%（质量），密度为10000kg/m3。试计算：当中子能量为0.0253eV 时，UO 2的宏观吸收截面和宏观裂变截面。 解：由18页表1-3查得，0.0253eV 时：(5)680.9,(5)583.5,(8) 2.7a f a U b U b U b σσσ=== 由289页附录3查得，0.0253eV 时：()0.00027b a O σ= 以c 5表示富集铀内U-235与U 的核子数之比，ε表示富集度，则有： 5 55235235238(1) c c c ε=+- 151 (10.9874(1))0.0246c ε -=+-= 25528 3 222M(UO )235238(1)162269.91000()() 2.2310() M(UO ) A c c UO N N UO m ρ-=+-+?=?==? 所以，26 352(5)() 5.4910()N U c N UO m -==? 28352(8)(1)() 2.1810()N U c N UO m -=-=? 28 32()2() 4.4610()N O N UO m -==? 2112()(5)(5)(8)(8)()() 0.0549680.9 2.18 2.7 4.460.0002743.2()()(5)(5)0.0549583.532.0() a a a a f f UO N U U N U U N O O m UO N U U m σσσσ--∑=++=?+?+?=∑==?= 1-2.某反应堆堆芯由U-235,H 2O 和Al 组成，各元素所占体积比分别为0.002,0.6和0.398，计算堆芯的总吸收截面(E=0.0253eV)。 解：由18页表1-3查得，0.0253eV 时： (5)680.9a U b σ= 由289页附录3查得，0.0253eV 时：112() 1.5,() 2.2a a Al m H O m --∑=∑=,()238.03,M U = 33()19.0510/U kg m ρ=? 可得天然U 核子数密度28 3()1000()/() 4.8210()A N U U N M U m ρ-==? 则纯U-235的宏观吸收截面：1(5)(5)(5) 4.82680.93279.2()a a U N U U m σ-∑=?=?= 总的宏观吸收截面：120.002(5)0.6()0.398()8.4()a a a a U H O Al m -∑=∑+∑+∑= 1-6 11 7172 1111 PV V 3.210P 2101.2510m 3.2105 3.210φφ---=∑???===?∑????
二、天然放射现象 目的要求 复习元素的放射性。 知识要点 1.天然放射现象 天然放射现象的发现，使人们认识到原子核也有复杂结构。 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： 如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O 点；如果α也打在O 点，则β必打在O 点下方；如果β也打在 O 点，则 α必打在O 点下方。 3.氢原子中的电子云(以下新教材适用) 对于宏观质点，只要知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定该质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度。 对电子等微观粒子，牛顿定律已不再适用，因此不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置。玻尔理论中说的“电子轨道”实际上也是没有意义的。更加彻底的量子理论认为，我们只能知道电子在原子核附近各点出现的概率的大小。在不同的能量状态下，电子在各个位置出现的概率是不同的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像一片云雾一样，可以形象地称之为电子云。 4.激光的特性及其应用 普通光源（如白炽灯）发光时，灯丝中的每个原子在什么时候发光，原子在哪两个能级间跃迁，发出的光向哪个方向传播，都是不确定的。 激光是同种原子在同样的两个能级间发生跃迁生成的，其特性是：⑴是相干光。（由于是相干光，所以和无线电波一样可以调制，因此可以用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维结合的产物。）⑵平行度好。（传播很远距离之后仍能保持一定强度，因此可以用来精确测距。激光雷达不仅能测距，还能根据多普勒效应测出目标的速度，对目标进行跟踪。还能用于在VCD 或计算机光盘上读写数据。）⑶亮度高。能在极小的空间和极短的时间内集中很大的能量。（可⑴ ⑵ ⑶
原子物理单元测试 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分. 1 .1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属于研究“两弹”的基本核反应方程式 是 （ ） A. N 147 +He 42→O 178+H 1 1 B. U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10 C. U 23892 →Th 23490+He 4 2 D. H 21+H 3 1→He 42+n 1 解析：本题考查重核裂变和轻核聚变的核反应方程.“两弹”是指原子弹和氢弹，原理 分别为重核裂变和轻核聚变，B 为重核裂变方程之一，D 为轻核聚变方程.故正确选项为BD. 答案BD 2.下图为查德威克研究原子核内部结构的实验示意图，由天然放射性元素钋（P o ）放出 α射线轰击铍时会产生粒子流a ，用粒子流a 打击石蜡后会打出粒子流b ，经研究知道 （ ） A.a 为质子，b 为中子 B.a 为γ射线，b 为中子 C.a 为中子，b 为γ射线 D.a 为中子，b 为质子 解析：本题考查查德威克发现中子的实验装置.选项D 正确. 答案D 3.下列说法正确的是 （ ） A.α射线和γ射线都是电磁波 B.β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 C.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期 D.原子核经过衰变生成新核，则新核的总质量总小于原核的质量 解析：组成α射线的粒子是氦原子核，γ射线是高频电磁波，A 错.β射线是原子的核内中子转变成质子时放出的电子流，B 错.原子核衰变的半衰期由原子核本身决定，与它所
第四章 1.试求边长为,,a b c （包括外推距离)的长方体裸堆的几何曲率和中子通量密度的分布.设有一边长0.5,0.6a b m c m ===（包括外推距离）的长方体裸堆， 0.043,L m =42610m τ-=?。 （1）求达到临界时所必须的k ∞；（2）如果功率为15000, 4.01f kW m -∑=，求中子通量密度分布. 解:长方体的几何中心为原点建立坐标系，则单群稳态扩散方程为: 222222()0a a D k x y z φφφφφ∞???++-∑+∑=???边界条件：(/2,,)(,/2,)(,,/2)0a y z x b z x y c φφφ=== （以下解题过程都不再强调外推距离,可认为所有外边界尺寸已包含了外推距离） 因为三个方向的通量拜年话是相互独立的，利用分离变量法： (,,)()()()x y z X x Y y Z z φ=将方程化为：22221k X Y Z X Y Z L ∞ -???++=- 设：222222,,x y z X Y Z B B B X Y Z ???=-=-=- 想考虑X 方向,利用通解：()cos sin x x X x A B x C B x =+
代入边界条件：1cos()0,1,3.5,...2x nx x a n A B B n B a a ππ=?==?= 同理可得：0(,,)cos()cos()cos()x y z x y z a a a πππφφ= 其中0φ是待定常数。 其几何曲率：22222()()()106.4g B m a b c πππ-=++= (1)应用修正单群理论，临界条件变为：221g k B M ∞-= 其中:2220.00248M L m τ=+= 1.264k ∞?=（2）只须求出通量表达式中的常系数0φ 322200222 2cos()cos()cos()()a b c a b c f f f f f f V P E dV E x dx y dy z dz E abc a b c πππφφφπ---=∑=∑=∑????3 182102() 1.00710f f P m s E abc π φ--?==?∑ 2.设一重水—铀反应堆的堆芯222221.28, 1.810, 1.2010k L m m τ--∞==?=?.试按单群理 论，修正单群理论的临界方程分别求出该芯部的材料曲率和达到临界时候的总的中子不泄露几率。 解:对于单群理论：
专题58 放射性、核反应、核能 一、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 2．天然放射现象 （1）天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。 （2）放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。 （3）三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线。 （4）放射性同位素的应用与防护 ①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。 ②应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 ③防护：防止放射性对人体组织的伤害。 3．原子核的衰变 （1）衰变：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 （2）分类 α衰变：42X Y+He A A Z Z A -→ β衰变：011X Y+e A A Z Z +-→ （3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 二、核力、结合能、质量亏损 1．核力 （1）定义： 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 （2）特点： ①核力是强相互作用的一种表现； ②核力是短程力，作用范围在1.5×10–15 m 之内； ③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
2．结合能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。 3．比结合能 （1）定义： 原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。 （2）特点： 不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E =mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE =Δmc 2。 三、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程 1．重核裂变 （1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 （2）典型的裂变反应方程： 235189144192036560U+n Kr+Ba 3n →+。 （3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。 （4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 （5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。 （6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 2．轻核聚变 （1）定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 （2）典型的聚变反应方程： 四、原子核的衰变和原子核的人工转变 1．衰变规律及实质 （1）两种衰变的比较
《天然放射现象》知识及题型归纳 天然放射现象是高考常考点。对该部分知识的考查主要集中在：（1）三种射线的特性及鉴别；（2）半衰期的理解及应用；（3）衰变规律及应用 一、三种射线的特性及鉴别 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较： 如⑴、⑵图所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。⑶图中γ肯定打在O点；如果α也打在O点，则β必打在O点下方；如果β也打在O点，则α必打在O点下方。 例1、如图所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁声B，LL’为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B 的方向分别为（）
A．a粒子，B垂直于纸面向外 B．a粒子，B垂直于纸面向内 C．β粒子，B垂直于纸面向外 D．β粒子，B垂直于纸面向内 解析：由于a粒子贯穿本领很弱，只能穿透几厘米空气，因此穿透厚纸板到达屏上P 点处不可能是a粒子；由于粒子不带电，穿过B区域不会发生偏转，因此到达P点处的 也不可能是γ粒子；由此可知，到达P点处的必然是β粒子。又由于β粒子带的是负电，因此用左手定则便可判断B的方向应该是垂直于纸面向内。所以应选D。 二、半衰期的理解及应用 （1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。 （2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。 （3）特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。 （4）理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的真正含义。第一种错误认识是：N0（大量）个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。第二种错误认识是：若有4个放射性元素的核，经过一个半衰期T，将衰变2个。事实上，N0（大量）个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的 这种核的个数为，而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。 例2、关于半衰期，以下说法正确的是（） A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长 B．升高温度可以使半衰期缩短 C．氡的半衰期为3．8天，若有四个氡原子核，经过7．6天就只剩下一个 D．氡的半衰期为3．8天，4克氡原子核，经过7．6天就只剩下1克 解析：放射性元素衰变的快慢是跟原子所处的物理状态或化学状态无关，故AB错误。放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间是一种统计规律，半衰期对某一个或某几个原子核来说，是无意义的。故C错。因此，正确答案只有D。
核反应核能质能方程 一、知识点梳理 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变： 14 7N+4 2 He 17 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发现方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 12 6 C+1 n 中子1 n的发现方程查德威克 2、核能 （1）核反应中放出的能量称为核能 （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是： 235 92Ｕ+1 ｎ90 38 Ｓr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+3 1 Ｈ4 2 Ｈe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 二、典型例题 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋37 17Cl→37 18 Ar十 0 －1 e 已知37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18 Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1 e的质量为0.00055 u，1 u 质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为
高三物理第一轮复习24核反应核能质能方程学案新 人教版 一、知识点梳理 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变： 14 7N+4 2 He 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发现方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 6 C+1 n 中子1 n的发现方程查德威克 2、核能 （1）核反应中放出的能量称为核能 （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是： 235 92Ｕ+ｎＳr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+ＨＨe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 二、典型例题 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋37 17Cl→37 18 Ar十 0 －1 e 已知37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18 Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1 e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小
核反应核能质能方程 一、考点聚焦 核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程Ⅱ要求 核反应堆．核电站Ⅰ要求 重核的裂变．链式反应．轻核的聚变Ⅰ要求 可控热核反应．Ⅰ要求 二、知识扫描 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变 14 7N+4 2 He 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发觉方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 6 C+1 n 中子1 n的发觉方程查德威克 2、核能 〔1〕核反应中放出的能量称为核能 〔2〕质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．〔3〕质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，开释出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是： 235 92Ｕ+ｎＳr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，开释出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应开释能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+ＨＨe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸取一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时开释假设干个中子，假如这些中子再引起其它重核的裂变，就能够使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 三、好题精析 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子〔v。〕而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯〔C2Cl4〕溶液的巨桶．电子中微子能够将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋37 17Cl→37 18 Ar十 0 －1 e 37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18 Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1 e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量 为931.5MeV.依照以上数据，能够判定参与上述反应的电子中微子的最小能量为〔A〕0.82 Me V 〔B〕0.31 MeV 〔C〕1.33 MeV 〔D〕0.51 MeV [解析] 由题意可得：电子中微子的能量E≥E ?=mc2-〔m Ar+m e-m Cl〕·931.5MeV
第一章—核反应堆的核物理基础 直接相互作用：入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞，使其从核里发射出来，而中子却留在了靶核内的核反应。 中子的散射：散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。 非弹性散射：中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核，然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。 弹性散射：分为共振弹性散射和势散射。 111001 100[]A A A Z Z Z A A Z Z X n X X n X n X n +*+→→++→+ 微观截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率，或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。 宏观截面：表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。 平均自由程：中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 核反应率：每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。 中子通量密度：某点处中子密度与相应的中子速度的乘积，表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。 多普勒效应：由于靶核的热运动随温度的增加而增加，所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加，同时峰值也逐渐减小，这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 瞬发中子和缓发中子：裂变中，99％以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的，把这些中子叫瞬发中子；裂变中子中，还有小于1％的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，把这些中子叫缓发中子。 第二章—中子慢化和慢化能谱 慢化时间：裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。 扩散时间：无限介质内热中子在自产生至被俘获以前所经过的平均时间。 平均寿命：在反应堆动力学计算中往往需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子，直至最后被俘获的平均时间，称为中子的平均寿命。 慢化密度：在r 处每秒每单位体积内慢化到能量E 以下的中子数。 分界能或缝合能：通常把某个分界能量E c 以下的中子称为热中子，E c 称为分界能或缝合能。 第三章—中子扩散理论 中子角密度：在r 处单位体积内和能量为E 的单位能量间隔内，运动方向为Ω的单位立体角内的中子数目。 慢化长度：中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。 徙动长度：快中子从源点产生到变为热中子而被吸收时所穿行的直线距离为r M 。 第四章—均匀反应堆的临界理论 反射层的作用： 1. 减少芯部中子泄漏，从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时的小，节省一部分燃料；
2014年高考一轮复习章节训练之核反应核能 时间：45分钟满分：100分 一、选择题(8×8′＝64′) 1．(2012·天津理综)下列说法正确的是( ) A．采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期 B．由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子 C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力 D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 解析：半衰期由原子核内部因素决定，不受原子所处物理、化学条件的影响，选项A错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，要放出光子，选项B正确；从高空对地面进行遥感摄影是利用的红外线的穿透能力，选项C错误；由于轻核聚变要释放能量，根据质能方程可知选项D说法错误． 答案：B 2．激光中子是由一重原子核吸收一光子后发射一中子而产生的，光子的极限能量大约是10 MeV.假定中子从原子核上向外移开距离10－13 cm所受的力保持不变，则中子与原子核间的作用力的数量级是( ) A．10－3N B．10 N C．103N D．无法计算 解析：10 MeV＝1.6×10－12J，而根据功的知识，f＝1.6×10－12 10－15 N＝1.6×103N，比较接近 C项． 答案：C 3.2013·广东模拟“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并且放出一个中微子的过程．中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中不正确的是( ) A．子核的动量与中微子的动量相同 B．母核的电荷数大于子核的电荷数 C．母核的质量数等于子核的质量数 D．子核的动能大于中微子的动能 解析：子核的动量与中微子的动量大小相等，方向相反，由p＝2mE k可知，子核的动能小于中微子的动能，母核的电荷数等于子核的电荷数，中微子的质量极小，质量数为零．答案：ABD
学案正标题 一、考纲要求 1.掌握原子核的衰变、半衰期等知识. 2.会书写核反应方程，并能根据质能方程求解核能问题． 二、知识梳理 1.原子核的组成 (1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子． (2)原子核常用表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷 数（原子序数)． (3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．2.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，这些元素称为放射性元素． (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． 3.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)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． 放射性同位素的应用 ①利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等． ②作示踪原子． 4.核反应、核力与核能 (1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒． (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 a．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．b．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内． c．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． (3)质量亏损 ①爱因斯坦质能方程：E＝mc2． 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． (4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量． 5.核裂变和核聚变 (1)重核裂变 ①定义：使重核分裂成几个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，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：
基础热身 1．[2011·北京卷] 表示放射性元素碘131(131 53I)β衰变的方程是( ) A. 131 53I ―→127 51Sb ＋42He B. 131 53I ―→131 54Xe ＋ 0－1e C. 131 53I ―→130 53I ＋10n D. 131 53I ―→130 52Te ＋11H 2．图K59－1为α粒子穿过充满氮气的云室时拍摄的照片，在许多α粒子的径迹中有一条发生了分叉，分叉后有一条细而长的径迹和一条粗而短的径迹，则( ) 图K59－1 A ．细而长的径迹是α粒子 B ．细而长的径迹是氧核 C ．粗而短的径迹是氧核 D ．粗而短的径迹是质子 3．[2011·海南卷] 2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄 漏事故．在泄漏的污染物中含有131I 和137 Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对 人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I 和137 Cs 衰变过程，它们分 别是________和__________(填入正确选项前的字母).131I 和137 Cs 原子核中的中子数分别是________和________． A ．X 1→137 56Ba ＋10n B ．X 2→131 54Xe ＋ 0 －1e C ．X 3→137 56Ba ＋ 0－1e D ．X 4→131 54Xe ＋1 1p 4．一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔，铝箔右侧的空间有一匀强电场．射线进入电场后，变为a 、b 两束，射线a 沿原来方向前进，射线b 发生了偏转，如图K59－2所示，则图中的( ) 图K59－2 A ．射线a 为α射线，射线b 为β射线 B ．射线a 为β射线，射线b 为α射线 C ．射线a 为γ射线，射线b 为α射线 D ．射线a 为γ射线，射线b 为β射线 技能强化 5．[2011·东城一模] 一块含238 92U(铀238)的矿石质量为M ，其中238U 的质量为m .已知238 92 U 的半衰期为T ，则下列说法正确的是( ) A ．经过时间2T 后这块矿石中基本不再含有238 92U 了 B ．经过时间2T 后矿石中的238 92U 有m 4 发生了衰变 C ．经过时间2T 后该矿石的质量剩下M ＋m 4 D ．经过时间3T 后矿石中238 92U 的质量还剩m 8 6．[2011·西平联考] 由于放射性元素237 93Np 的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现， 只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成209 83Bi ，下列论断中正确的是( ) A.209 83Bi 的原子核比237 93Np 的原子核少28个中子