近代物理核反應(yīng)與核能專題講義

核反應(yīng)與核能編審教師：市級骨干教師繆祥禹本專題主要講解原子核的兩類衰變規(guī)律、半衰期、核反應(yīng)方程以及核能的計(jì)算等問題，考試多以選擇題的形式命題，命題背景新穎，難度一般；主要考查學(xué)生對于知識的理解和應(yīng)用能力。原子核的衰變及半衰期（2021重慶市模擬）14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，半衰期約為5730年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變，生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例會(huì)持續(xù)減少?，F(xiàn)測量某古木樣品中14C的比例，發(fā)現(xiàn)正好是現(xiàn)代植物樣品中14C比例的二分之一，則（）A．該古木生命活動(dòng)結(jié)束的年代距今約5730年B．再過約5730年，該樣品中的14C將全部衰變殆盡C．14C衰變?yōu)?4N的本質(zhì)是D．改變樣品測量環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)，可以改變C的衰變快慢關(guān)鍵信息：（1）14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N→衰變方程為：；（2）古木中14C的比例是現(xiàn)代植物樣品中14C比例的二分之一→一個(gè)半衰期；解題思路：根據(jù)題意提出古木中14C改變量的信息，再結(jié)合半衰期的物理含義及其公式M＝M0()n（n為發(fā)生半衰期的次數(shù)）分析求解，同時(shí)注意β衰變的本質(zhì)。A．設(shè)原來14C的質(zhì)量為M0，衰變后剩余質(zhì)量為M則有：M＝M0()n，其中n為發(fā)生半衰期的次數(shù)，由題意可知剩余質(zhì)量為原來的，故n＝1，所以古木生命活動(dòng)結(jié)束的年代距今約：5730×1年＝5730年，故A正確；B．半衰期約為5730年，再過約5730年又有一半發(fā)生衰變，該樣品中的14C將剩余原來總量的，故B錯(cuò)誤；C．14C衰變?yōu)?4N的過程中質(zhì)量數(shù)沒有變化，而核電荷數(shù)增加1，是其中的一個(gè)中子變成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，放出β射線，即14C衰變?yōu)?4N的本質(zhì)是原子核內(nèi)，故C錯(cuò)誤；D．放射性元素的半衰期與物理環(huán)境以及化學(xué)環(huán)境無關(guān)，因此改變樣品測量環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)，不可以改變C的衰變快慢，故D錯(cuò)誤。故選A。（2021遼寧模擬）2020年3月15日中國散裂中子源（CSNS）利用中子成像技術(shù)幫助中國科技大學(xué)進(jìn)行了考古方面的研究。散裂中子源是研究中子特性、探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的科研裝置。CSNS是我國重點(diǎn)建設(shè)的大科學(xué)裝置，將成為發(fā)展中國家擁有的第一臺散裂中子源。下列關(guān)于中子研究的說法正確的是（）A．α粒子轟擊，生成，并產(chǎn)生了中子B．經(jīng)過4次α衰變，2次β衰變，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)少了6個(gè)C．放射性β射線其實(shí)質(zhì)是高速中子流，可用于醫(yī)學(xué)的放射治療D．核電站可通過控制中子數(shù)目來控制核反應(yīng)劇烈程度A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，α粒子轟擊，生成，并產(chǎn)生了質(zhì)子，故A錯(cuò)誤；B．每次α衰變，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，所以中子數(shù)少2，每次β衰變一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，所以中子數(shù)少1，所以4次α衰變，2次β衰變，新核與原來的原子核相比，中子數(shù)少4×2＋2×1＝10，故B錯(cuò)誤；C．放射性β射線其實(shí)質(zhì)是高速電子流，故C錯(cuò)誤；D．核電站可通過控制中子數(shù)目來控制核反應(yīng)劇烈程度，故D正確。故選：D。1．理清知識體系2．α衰變和β衰變衰變次數(shù)的計(jì)算方法方法一：由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)改變量確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。方法二：設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算（2021遼寧模擬）我國的“人造太陽”即核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆技術(shù)世界領(lǐng)先。在“人造太陽”中發(fā)生的一種核聚變反應(yīng)方程為。已知氘核（）的質(zhì)量為2.0136u，中子（）的質(zhì)量為1.0087u，氦核（）的質(zhì)量為3.0150u，u為原子質(zhì)量單位，1u相當(dāng)于931MeV，下列說法正確的是（）A．氦核（）和中子（）的質(zhì)量數(shù)之和小于兩個(gè)氘核（）的質(zhì)量數(shù)之和B．核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝1.0122uC．核反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE＝3.2585MeVD．核反應(yīng)過程中中子數(shù)減少了1個(gè)關(guān)鍵信息：（1）1u相當(dāng)于931MeV→含義：1原子質(zhì)量單位相當(dāng)于931MeV的能量；（2）聚變反應(yīng)方程：、各原子核對應(yīng)的質(zhì)量→①反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)、中子數(shù)變化；②反應(yīng)中質(zhì)量虧損?m解題思路：由題意確定核反應(yīng)方程并結(jié)合質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒及質(zhì)能方程進(jìn)行求解。A．核聚變反應(yīng)方程中，反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒，故氦核（）和中子（）的質(zhì)量數(shù)之和等于兩個(gè)氘核（）的質(zhì)量數(shù)之和，故A錯(cuò)誤；B．由題意可知，核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝0.0035u，故B錯(cuò)誤；C．由題意可知，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.0035u×931MeV＝3.2585MeV，故C正確；D．由核聚變反應(yīng)方程可知，核反應(yīng)過程中中子數(shù)沒有發(fā)生變化，故D錯(cuò)誤。故選C。（2021海南歷年真題）1932年，考克饒夫和瓦爾頓用質(zhì)子加速器進(jìn)行人工核蛻變實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了質(zhì)能關(guān)系的正確性。在實(shí)驗(yàn)中，鋰原子核俘獲一個(gè)質(zhì)子后成為不穩(wěn)定的鈹原子核，隨后又蛻變?yōu)閮蓚€(gè)相同的原子核，核反應(yīng)方程為。已知、、X的質(zhì)量分別為m1＝1.00728u、m2＝7.01601u、m3＝4.00151u，光在真空中的傳播速度為c，則在該核反應(yīng)中（）A．質(zhì)量虧損Δm＝B．釋放的核能ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2C．鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是5D．X表示的是氚原子核CD．根據(jù)核反應(yīng)方程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可知方程為，鈹原子核內(nèi)的中子數(shù)是4，X表示的是氦核，故CD錯(cuò)誤；AB．核反應(yīng)質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－2m3＝0.02027u，則釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2，故A錯(cuò)誤，B正確。故選：B。1．核反應(yīng)的四種類型2．核反應(yīng)方程的書寫技巧（1）熟記基本粒子的符號：質(zhì)子（）、中子（）、α粒子（）、β粒子（）、正電子（）、氘核（）、氚核（）等。（2）牢記兩個(gè)“守恒”：核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。3．計(jì)算核能的四種方法（1）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。（2）根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5兆電子伏（MeV）能量，1u＝931.5MeV/c2，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位