第3讲 核反应和核能

第3讲核反应和核能

(对应学生用书第227页)

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－4

Y＋42He

Z－2

β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

C．天然放射现象D．α粒子散射现象

【解析】与原子核内部变化有关的现象是天然放射现象，故C正确．

【答案】 C

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 ＝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

.

【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 ＋1

0n 是核聚变反应

B.31H ＋21H →42He ＋1

0n 是β衰变

C.235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋31

0n 是核裂变反应

D.235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋21

0n 是α衰变

【解析】 β衰变时释放出电子( 0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(4

2He)，可知选项B 、D 错误；选项A 中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C 中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba 原子核和一个Kr 原子核并释放出三个中子是核裂变反应．

【答案】 AC

(对应学生用书第228页)

衰变和半衰期

1.原子核衰变规律

衰变类型 α衰变

β衰变 衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋4

2He

A Z X → A Z ＋1Y ＋ 0

－1e

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

211H ＋210n →4

2He

10n →1

1H ＋ 0－1e

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(12)t /τ，m 余＝m 原(1

2

)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

图13－3－1

(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30

15P 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32

15P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?

【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3015P →3014Si ＋ 0＋1e ，故这种粒子为 0＋1e(正电子)由m －t 图象知32

15P 的半衰期

为14天，由m 余＝m 原(12)t τ得0.25 mg ＝4 mg ×(12)t

14

，故t ＝56天．

【答案】 (1)ABD (2) 0

＋1e(正电子) 56天

核反应方程的书写

类型 可控性 核反应方程典例

衰变

α衰变 自发 238 92U →234 90Th ＋4

2He

β衰变 自发 234 90Th →234

91Pa ＋ 0－1e

人工转变 人工

控制

14 7N ＋42He →17 8O ＋1

1H

(卢瑟福发现质子)

42He ＋94Be →12 6C ＋1

0n

(查德威克发现中子)

2713Al ＋42He →3015P ＋1

0n

3015P →30

14Si ＋ 0＋1

e 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子

重核裂变 比较容易

进行人工

控制

235 92U ＋10n →144 56Ba ＋89

36Kr ＋310n

235 92U ＋10n →136 54Xe ＋90

38Sr ＋1010n

轻核聚变 目前无

法控制 21H ＋31H →42He ＋1

0n