1、第3讲核反应和核能天然放射现象和衰变1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，分别是射线、射线、射线2原子核的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分类衰变：XYHe衰变：XYe(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、化学状态无关核反应和核能1核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的
2、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质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能Emc2.1(多选)(2014甘肃省五市联考)关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是()A核反应堆发生的是轻核聚变反应 B核反应堆发生的是重核裂变反应C放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关【解析】核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A错误，B正
3、确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C正确，D错误【答案】BC2(多选)“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列有关原子弹和氢弹的说法正确的是()A原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式 HHHenB原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式UnSrXe10nC氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式HHHe nD氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式 UnSrXe10n【解析】本题考查的是对原子弹和氢弹的原理的认识，原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式UnSrXe10n；氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式HHHen；B
4、、C正确，A、D错误【答案】BC3(2013江苏四校联考)U发生衰变有多种可能性其中的一种可能是U先衰变成Bi，再经一次衰变变成X(X代表某种元素)，或再经一次衰变变成Ti，X和Ti最后都衰变成Pb，衰变路径如图所示，则由图可知：四个过程中_是衰变；_是衰变【解析】放出的粒子质量数减少4，是衰变；放出的粒子质量数不变，是衰变【答案】4放射性同位素C被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的C，它很容易发生衰变，放出射线变成一个新核，其半衰期为5 730年试写出此核反应方程(2)若测得
5、一古生物遗骸中的C含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】(1)核反应方程： NnCHCNe(2)活体中的C含量不变，生物死亡后，遗骸中的C按其半衰期变化，设活体中C的含量为N0，遗骸中的C含量为N，由半衰期的定义得：N()N0即(0.25)所以“2”t2T11 460年【答案】(1)见解析(2)11 460年衰变和半衰期1.原子核衰变规律衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeAZXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.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()t/，m余
6、m原()t/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，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(2013上海高考)在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为()A6次B10次C22次 D32次【审题指导】在发生核反应时，质量数守恒，电荷数守恒【解析】一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为(238206)48次，发生衰变的次数为28(9282)6次，选项A正确【答案】A【
7、迁移应用】1(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是()A若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B. 衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的C在 、 这三种射线中， 射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强D铀核( U)衰变为铅核(Pb)的过程中，要经过8次衰变和10次衰变【答案】BC 核反应方程的书写类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92U90ThHe衰变自发90Th91Pa01e人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSi01e重核裂变比较容易进行人工控制92Un56BaK
8、r3n轻核聚变92Un54XeSr10n目前无法控制HHHen(2013新课标全国卷)一质子束入射到静止靶核Al上，产生如下核反应：pAlXn式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核由反应式可知，新核X的质子数为_，中子数为_【审题指导】根据核反应前后电荷数和质量数守恒确定新核X的质子数和中子数【解析】p为H，n为n，则X中A113014，Z271127，则中子数为ZA271413.【答案】1413(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.
9、,(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.【迁移应用】2现有四个核反应：A.HHHenB.UnXKr3nC.NaMgeD.HeBeCn(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中X的质量数和中子数【解析】(1)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核箭头的右边也是常见元素的原子核D是查德威克发现中子的核反应方程，B是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程A是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X质量数为144，电荷数为56，所以中子数为1445688.【答案】(1)DBA
10、(2)质量数为144，中子数为88核能的产生和计算1.获得核能的途径(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Emc2：先计算质量亏损m，注意m的单位1 u1.661027 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
11、合动量守恒和能量守恒定律来计算核能(2013济南外国语学校模拟)太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1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)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少？(4)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年(太阳质量M21030 kg，mp1.007 3 u，mHe4.001 5 u，me0.000 55 u)【解析】(1) 4HHe2e.(2)m41.007 3 u(4.001 520.000 55) u0.026 6 uEmc2
12、0.026 6931.5 MeV24.78 MeV41012 J.(3)太阳每秒钟释放的能量为3.81026 J，则太阳每秒钟减少的质量为m kg0.41010 kg.(4)太阳的质量为21030 kg，太阳还能存在的时间为t s151016 s5109(年)【答案】(1)见解析(2)41012 J(3)0.41010 kg(4)5109年【迁移应用】3为确定爱因斯坦的质能方程Emc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E10.60 MeV的质子轰击静止的锂核Li，生成两个粒子，测得两个粒子的动能之和为E219.9 MeV，已知质子、粒子、锂粒子的质量分别取mp1.007 3u、m4.001 5u、mLi7.016 0u，求：(1)写出该反应方程(2)通过计算说明Emc2正确(1u1.660 61027 kg)【解析】(1)核反应方程为：LiH2He.(2)核反应的质量亏损：mmLimp2m7.016 0u1.007 3u24.001 5u0.020 3u由质能方程可得与质量亏损相当的能量：Emc20.020 3931 MeV18.9 MeV而系统增加的能量：EE2E119.3 MeV这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以Emc2正确【答案】(1)LiH2He(2)见解析