核反应核能精品PPT课件

第3讲核反应和核能1.(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．(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．2．原子核的衰变(1)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：A Z X→A－4Y＋42HeZ－2β衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e(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．(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.【针对训练】1．(2012·上海高考)与原子核内部变化有关的现象是()A．电离现象B．光电效应现象C1.核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．核力核子间的作用力．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，只在相邻的核子间发生作用．3．核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．4．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，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＝Δmc2.【针对训练】2．(2012·广东高考)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原(12)t /τ，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核数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，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．(1)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成208 82Pb(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(2)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是__________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图13－3－1所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?(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．(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒．现有四个核反应： A.21H ＋31H →42He ＋10nB.235 92U ＋10n →X ＋8936Kr ＋310nC.2411Na →2412Mg ＋ 0－1eD.42He ＋94Be →12 6C ＋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B1.(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．(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．2．核能的计算方法(1)应用ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm的单位1 u＝1.66×10－27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量，u是原子质量单位．(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．根据ΔE＝Δmc2计算核能时，若Δm以千克为单位，“c”代入3×108_m/s，ΔE的单位为“J”；若Δm以“u”为单位，则由1u c2＝931.5_MeV得ΔE＝Δm×931.5_MeV.(1)23490Th是不稳定的，能自发的发生衰变．①完成23490Th衰变反应方程23490Th→23491Pa＋________.②23490Th衰变为22286Rn，经过________次α衰变，________次β衰变．(2)1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子．科学研究表明其核反应过程是：α粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核．设α粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应．①α粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？②求此过程中释放的核能．1．(2012·天津高考)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2．图13－3－2甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图．图乙中检查所利用的射线是()甲乙图13－3－2A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以3.23892U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210a X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，210a X和b81Ti最后都变成20682Pb，衰变路径如图13－3－3所示．可知图中()图13－3－3A．a＝82，b＝206B．①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C．②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.23892U可经过若干次衰变都放出同一种粒子生成新的原子核21083Bi4．(2012·重庆高考)以下是物理学史上3个著名的核反应方程()x＋73Li―→2y，y＋147N―→x＋178Oy＋94Be―→z＋126Cx、y和z是3种不同的粒子，其中z是()A．α粒子B．质子C．中子D．电子5．(2012·福建高考)关于近代物理，下列说法正确的是()A．α射线是高速运动的氦原子B．核聚变反应方程21H＋31H―→42He＋10n中，10n表示质子C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征6．(2011·重庆高考)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子的能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数7．(2013届宝鸡模拟)太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He＋2X，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X 的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c.下列说法中正确的是() A．方程中的X表示中子(10n)B．方程中的X表示电子(0－1e)C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2D．这个核反应中释放的核能ΔE＝(4m1－m2－2m3)c28．我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：(1)23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k10n(2)21H＋31H→42He＋d10n关于这两个方程的下列说法，正确的是()A．方程(1)属于α衰变B．方程(2)属于轻核聚变C．方程(1)中k＝8，方程(2)中d＝1D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝19．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)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615 t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氩核，其核反应方程为νe＋3717Cl→3718Ar＋0－1e，已知3717Cl的质量为36.95658 u，3718Ar的质量为36.95691 u，0－1e的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据可知，参与上述反应的电子中微子的最小能量为()A．0.82 MeV B．0.31 MeVC．1.33 MeV D．0.51 MeV10．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是() A．核反应方程是11H＋10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝h(m1＋m2－m3)c211．裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核为燃料的反应堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：235U＋10n→13954Xe＋9438Sr＋310n92反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV，此裂变反应释放的能量是________MeV.12．(2012·银川一模)核聚变能是一种具有经济性能好、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为2.0141 u，氚原子的质量为3.0160 u，氦原子的质量为4.0026 u，中子的质量为1.0087 u,1 u＝1.66×10－27 kg.(1)写出氘和氚聚合的反应方程；(2)试计算这个核反应释放出来的能量；(3)若建一座发电功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转变成了电能，则每年要消耗多少千克氘？(一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)。