原子核 核反应与核能

1、第4课时 原子核 核反应与核能【导学目标】1.掌握原子核的组成、放射性、半衰期、放射性同位素的应用等基本问题2.会书 写核反应方程，能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题3.了解裂变反应、聚变反 应的特点与应用，射线的危害与应用.一、天然放射现象、原子核的组成基础导引用符号表示以下原子核：(1)铀238； (2)有6个中子的碳原子核；(3)质量数为14的碳原 子核；(4)电荷数为8、质量数为17的氧原子核；(5)a粒子说出以下原子核的质子数、中子数：(1)40K； (2)66Cu； (3)226Rn.知识梳理天然放射现象天然放射现象元素 地放出射线的现象，首先由发现.天然放射现象的发现，

2、说明 还具有复杂的结构.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.具有放射性的元素叫.原子核原子核的组成原子核由和 组成，质子和中子统称为.原子核的核电荷数=数，原子核的质量数=.X元素原子核的符号为$X，其中A表示，Z表示.同位素：具有相同、不同 的原子，因为在元素周期表中的相同，同位素具有相同的 性质.二、核反应基础导引写出下列各放射性元素的a衰变方程：(1)290Th(钍核)；(2)66Cu(铜核).写出下列各放射性元素的。衰变方程：(1)244Bi(铋核)；(2)284Po(针核).3.238U(铀核)衰变为222Rn(氡核)要经过次a衰变，次。衰变.9286已知钍234的半

3、衰期是24天，1 g钍经过120天后还剩多少？完成下列核反应方程.19F+4He-1H+()；15B + ()-in+14N；14N+0n-() + ：H.知识梳理1衰变原子核 地放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的.放射性元素衰变时放出的射线共有三种：射线，射线和射线.(1)按照衰变时放出粒子的不同又分为a衰变和0衰变.a衰变和0衰变的比较衰变类型a衰变0衰变衰变方程MXT4丫 + rr cMX- MY+衰变实质zz 22个质子和2个中子结合成一个整体射出ZZ 1 1中子转化为质子和电子21H+21n-4He 1n1H+0 ,e衰变规律1JJ11电荷数守恒、质量数守恒y射线：y射线经常

4、是伴随着a衰变或0衰变同时产生的.其实质是放射性原子核在 发生a衰变或0衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射 出光子.半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，它表示放射性元素衰变的 快慢.原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程.典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为:.(2 )查德威克发现中子的核反应方程为：9Be+4Hef 126C+,n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：.30Pf*Si+ie.核裂变和核聚变重核裂变重核裂变：是重核分裂成中等质量的核的反应过程.如：23592U+jn14456Ba+3

5、9Kr+Jn.由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为，发生链式反 应的条件是：裂变物质的体 临界体积.裂变的应用：原子弹、核反应堆.轻核聚变聚变是两个轻核结合 的核的反应过程.如：3H+2HrHe+17.6 MeV使核发生聚变需要几百万度以上的高温，因此聚变又叫.核反应方程式遵循的规律(1)质量数守恒.(2)电荷数守恒.三、核力与核能基础导引已知226Ra, 222Rn, 4He 的原子质量分别是 226.025 4 u, 222.017 5 u, 4.002 6 u.求出226Ra8886288在a衰变226Ra-222Rn+4He中放出的能量(以电子伏特为单位). 88862

6、知识梳理核力：核子间的作用力.核力是短程强引力，作用范围在1.5X10-15 m之内，只在的核子间发生作用. 核能：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 能，亦称核能.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小虹，这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能AE=.课堂探究突破考点先做后听共同探究规律方法考点一原子核的衰变、半衰期【考点解读】确定衰变次数的方法设放射性元素；乂经过n次a衰变和m次。衰变后，变成稳定的新元素须Y,则表示该核反应的方程为axa； y + n4He + m 0e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=

7、 A + 4n, Z = Z + 2n - m确定衰变次数，因为P衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定a衰变的次数，然后再根据衰变规律确定p衰变的次数.对半衰期的理解根据半衰期的概念，可总结出公式N余小原点们m余原(2冲式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后剩余的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，t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.特别提醒近几年高考中多次考到半衰期的理解与计算.【典例剖析】例1 (1)(2011 浙江理综 15)关于天然放

8、射现象，下列说法正确的是()a射线是由氦原子核衰变产生p射线是由原子核外电子电离产生y射线是由原子核外的内层电子跃迁产生通过化学反应不能改变物质的放射性(2)(2011.山东理综38(1)碘131核不稳定，会发生P衰变，其半衰期为8天.碘131核的衰变方程：13153I（衰变后的元素用X表示）.经过天有75%的碘131核发生了衰变.跟踪训练1 一个氡核286Rn衰变成针核2i8Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天.1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及282Rn衰变成218Po的过程放出的粒子是（）A.0.25 g,a 粒子B. 0.75g,a 粒子C.0.25 g,P 粒子D. 0.75

9、g,P 粒子考点二核反应方程及反应类型【考点解读】核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰变自发23892U23490Th + 4HeP衰变自发23490Th23491Pa + 0,e人工转变人工控制1147N + 4He178O + 1H（卢瑟福发现质子）214He + 9Bei26C +如（查德威克发现中子）17A1+2He30P + 0n35p-30Si + *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23592U + 0n14456Ba + %Kr + 30n 23592U + 0n13654Xe + 90Sr + 100n轻核聚变除氢

10、弹外无 法控制2H + 3H4He + 1n特别提醒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.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.核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒.【典例剖析】例2 （2011 海南单科 19（1）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重 的核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs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137Cs的衰变 过程，它们分别是和（填入正

11、确选项前的字母）.1311和137CS原子核中的中子数分别是和.A. X 1g6Ba+0nB. X2 13iXe+01eC. X3Ba+geD. X413iXe+1p思维突破电荷数守恒和质量数守恒是正确书写核反应方程式的关键.熟记几种核反应类型的基本概念.跟踪训练2 (2010-广东理综18)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()232U23490Th+4He是 a 衰变i4i47N+4Hei78O+1H 是 衰变2H+3H-4He+(1n是轻核聚变D，82Se-82Kr+2 0 e是重核裂变3436-1考点三核力与核能的计算【考点解读】核力含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核

12、力把核子紧紧束缚在核内，形成稳 定的原子核.(2)特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.5X10-15 m之内.因此每个核子只跟它的相邻核子间才 有核力作用.核能质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差.质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E=mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大， 质量也增大；物体的能量减少，质量也减少.核子在结合成原子核时出现质量亏损Am，其能量也要相应减少，即AE = Amc2;原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Am，吸收的能量为AE =Am

13、c2.【典例剖析】例3假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量 是2.013 6 u,中子的质量是1.008 7 u,氦核同位素的质量是3.015 0 u.聚变的核反应方程式 ,在聚变核反应中释放出的能量为 MeV.(保留两位有效数字)若氤核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为3H+2He-7Li,已知各核子比结合能分 别为Eh=1.112 MeV、EHe=7.075 MeV、ELi=5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核 能.思维突破1.核能的计算方法根据AE = Amc2计算，计算时Am的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，AE的单位是 “J”.

14、根据AE = AmX931.5 MeV计算.因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所 以计算时Am的单位是“u” , AE的单位是“MeV”.根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能=核子比结合能乂核子数.2.利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算.跟踪训练3 (2010-北京理综15)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少.太 阳每秒钟辐射出的能量约为4X1026 J,根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量 最接近()A. 1036 kgB. 1018 kgC. 1013 kgD. 109 kg考点四核能与动量守恒的综合性问题 【典例剖析】例4钚的

15、放射性同位素23994PU静止时衰变为铀核激发态23592。*和a粒子，而铀核激发态235 92U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097 MeV的y光子.已知：23994PU、23592U 和a粒子的质量分别为mPu=239.052 1 u、mU=235.043 9 u和ma=4.002 6 u,1 u的质量相 当于931.5 MeV的能量.写出衰变方程；已知衰变放出的光子的动量可忽略，求a粒子的动能.思维突破先求质量亏损.用AE = mc2计算释放的核能.注意核衰变后，新核不只是能量守恒，动量也守恒.跟踪训练4如图1所示，两个相切的圆表示一个静止的原子核发生 x 广宝 某种衰变

16、后，释放出来的粒子和反冲核在磁场中运动的轨迹，可以X x ) 判断() vCyXXX原子核发生p衰变 图1B .原子核发生a衰变大圆是释放粒子的运动轨迹，小圆是新核的运动轨迹大圆是新核的运动轨迹，小圆是释放粒子的运动轨迹易错易混辨析19.对衰变及衰变规律的理解不准确造成失误这些材料都不同程度地含()例5日前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，有放射性元素，下列有关放射性元素的说法中正确的是p射线与y射线一样都是电磁波，但穿透本领远比y射线弱氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核232U衰变成202Pb要经过6次p衰变和8次a衰变放射性元素发生p衰变

17、时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 误区警示 错解1:不明确射线的本质，误认为射线即电磁波，错选A.错解2:不理解半衰期是统计规律，只有对大量原子核才成立，因而错选B.错解3:不清楚p衰变产生的本质原因，以为是原子核内本来就有电子而漏选D.正确解析p射线是电子流，y射线才是电磁波，选项A错；半衰期的意义只有对大量 原子核才成立，选项B错；292U衰变成202Pb，质量数减少了 32,因此发生了 32/4 = 8次 a衰变，a衰变8次则核电荷数要减少16，实际核电荷数减少10，因此发生了 16-10 =6次P衰变，C正确；P衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的，D

18、正确.答案CD正本清源 对于衰变，要记住以下三点：（1）三种射线的产生、本质和特性；（2）半衰期只 对大量原子核才有意义；（3）衰变次数的计算顺序是先算a衰变后算P衰变.跟踪训练5 （2010上海物理4）某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元 素的半衰期为（）A. 11.4 天B. 7.6 天C. 5.7 天D. 3.8 天分组训练.提升能力即学即练提升解题能力A组半衰期及三种射线（2011-上海单科7）在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物.则（）措施可减缓放射性元素衰变措施可减缓放射性元素衰变措施可减缓放射性元素衰变上述措施

19、均无法减缓放射性元素衰变目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡，而氡 会发生放射性衰变，放射出a、P. Y射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方 面的疾病，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（）氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就剩下一个原子核了P衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的y射线一般伴随着a或P射线产生，在这三种射线中，y射线的穿透能力最强，电离 能力最弱发生a衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 4B组核反应方程 TOC

20、 o 1-5 h z （2011-北京理综13）表示放射性元素碘131（13153I）P衰变的方程是（）A.电/127Sb+4HeB. 131I131Xe+ 0e535125354-1C. 131I130I+mD. 131I130Te+!H5353053521（2010-全国卷14）原子核23892U经放射性衰变变为原子核234Th，继而经放射性衰变 变为原子核294Pa，再经放射性衰变变为原子核29423492U.放射性衰变、和依次为()a衰变、P衰变和P衰变P衰变、P衰变和a衰变P衰变、a衰变和P衰变a衰变、P衰变和a衰变太阳内部持续不断地发生着4个质子(1H)聚变为1个氦核(4He)的热

21、核反应，核反应方程是4：H-2He+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me 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(0n)B .方程中的X表示电子(_0e)这个核反应中质量亏损Am=4m1m2这个核反应中释放的核能AE=(4m1-m2-2m3)c22010年上海世博会太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、 太阳能动态景观科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚 变反应，即在太阳内部4个氢核(1H)转化成一个氦核(4He)和两个正电子(0e)并放出能，-1、21量.已知质子质量mp= 1.0

22、07 3 u，a粒子的质量ma=4.001 5 u，电子的质量me=0.000 5 u，1 u的质量相当于931.5 MeV的能量.写出该热核反应方程；一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量？(结果保留四位有效数字)课时规范训练（限时：45分钟）一、选择题关于天然放射现象，以下叙述正确的是若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小P衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的在a、p、y这三种射线中，y射线的穿透能力最强，a射线的电离能力最强铀核（238U）衰变为铅核（206Pb）的过程中，要经过8次a衰变和10次P衰变，92821.A.B.C.2.D.现有核反应方程为gAl+4

23、He30P+X，新生成的30P具有放射性，继续发生衰变，核反 应方程为：30P-30Si+Y平行金属板M、N间有匀强电场，且（pf（pN，X、Y两种微粒竖 直向上离开放射源后正确的运动轨迹是()3.14C测年法是纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m0为/=0时14C的质量.下面四幅图中能正确反映14C衰变规律的是种途径是先变成210Bi,4. 2u放射性衰变有多种可能途径，其中83而280Bi可以经一次衰变变成21?X（X代表某种元素），也可以经一次 衰变变成8bTi，21?x和8bTi最后都变成206Pb，衰变路径如图1所 示.则图中（）a = 84, b=206是p衰变，是a衰变是a衰变，

24、是月衰变由此可知（）8bTi经过一次a衰变变成202Pb5. （2010-全国11-14）原子核gX与氘核H反应生成一个a粒子和一个质子. Z1A. A = 2, Z=1B. A = 2, Z=2C. A = 3，Z=3D. A = 3，Z=26.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两个核反应方程为H + 126C 一 137N+0H+157N126C+X+Q2，方程中0、g表示释放的能量，相关的原子核质量见下表:p-：Q原子核21H3He4He126C137N157N质量/u11.007 823.016 024.002 612.000 013.005 715.000 1以下推断正

25、确的是()X是2He,Q2Q1B. X是4He,Q2Q1C.X是2He,Q2Q1D. X是4He,Q2Q1钻60是金属元素钻的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年.它会通过P衰变放出能量高达315 keV的高速电子衰变为镍60,同时会放出两束Y射线，其能量分别为1.17 MeV 及1.33 MeV.钻60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业.在农业上，常用于辐射育种、 食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理 废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌症和肿瘤的放射治疗.关于钻60下列说法正 确的是()A .衰变方程为60Co-60Ni+_Oe利用钻60对人体肿瘤

26、进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流钻60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收钻60衰变过程中不会有质量亏损正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性同位素158。注入人体，158O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对Y光子，被探测器 采集后，经计算机处理生成清晰图象.则根据PET原理判断下列表述正确的是()158O在人体内衰变的方程是158Of 157N+0e正、负电子湮灭的方程是0e+eiZy在PET中，$8O主要用途是作为示踪原子在PET中，158O主要用途是参与人体的新陈代谢我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应方程有：23|U+ini90Sr

27、+136Xe+in；92038540尹+阡2氏+卿；关于这两个方程，下列说法正确的是()方程(1)属于a衰变方程(2)属于轻核聚变方程(1)中k=10，方程(2)中d=1方程(1)中k=6，方程(2)中d=1北京奥运会的相关场馆建设大量采用对环境有益的新技术，如奥运会场馆周围80%的 路灯利用了太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水采用了全玻真空太阳能集热技 术.太阳能的产生是太阳内部高温高压条件下的核反应形成的，下列说法正确的是() A.该核反应的方程可能是41Hi4He+20eB 该核反应的方程可能是235U+mi36Xe+9OSr+10in e9205438041H-4He+2?e反应之

28、所以释放出能量，是因为：H核子的平均质量较4He的大4尹一2氏+2料反应之所以释放出能量，是因为H核子的平均质量较4He的小二、非选择题(2011-天津理综12(1)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广 泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展.当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现 代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原 子.碳11可由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还会产生另一粒子， 试写出核反应方程.若碳11的半衰期t为20 min，经2.0 h剩余碳11的质量占原来的 百分之几？(结果取2位有效数字)(1)近期媒体报道，叛逃到英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡.英国警方调查认为，毒杀利特维年科的是超级毒药一一放射性元素针(Po). Po的半衰期为138 d， 经衰变生成稳定的铅(Pb)，那么经过276 d,100 g Po已衰变的质量为 g.一个氘核(2H)和一个氤核(3H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为m， 已知阿伏加德罗常数为NA，真空中的光速为c，若1 mol氘和1 mol氤完全发生上述核 反应，则在核反应中释放的能量为.A1 假B. 2假c.ad. 5Na用速度为、质量为m1的4