放射性元素的衰變核能

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1、第二講放射性元素的衰變核能走進(jìn)高考第一關(guān)考點(diǎn)關(guān)考點(diǎn)精析一?天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象,揭開了人類研究原子核結(jié)構(gòu)的序幕.通過對無數(shù)放射現(xiàn)象的研究,人們發(fā)現(xiàn)了原子序數(shù)大于[1]83的所有天然存在的元素都有放射性,原子序數(shù)小于[2]83的天然存在的元素有些也有放射性,它們放射出來的射線共有三種.2.三種射線(1)α射線:速度為光速1/10的氦核流,[3]貫穿作用弱,[4]電離作用很強(qiáng).不能穿透薄紙或薄鋁箔(2)β射線:速度約為光速99%的電子流,[5]貫穿作用很強(qiáng),[6]電離作用較弱.能穿透幾毫米的鋁板.(3)γ射線:速度為光速的光子流(波

2、長極短的[7]電磁波),貫穿作用最強(qiáng),電離作用很弱.能穿透幾厘米的鉛板二、原子核的人工轉(zhuǎn)變用高能粒子轟擊靶核,產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程,即:AZX+x→A′Z′Y+y其中AZX是靶核的符號,x為入射粒子,A′Z′Y是新核,y是放射出粒子的符號.1.1919年,盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為:147N+42He→178O+11H衰變規(guī)律可用公式或表示.式中的N0,m0表示元素在t=0時的原子核數(shù)、質(zhì)量,τ為半衰期,N、m表示這種元素的原子核在經(jīng)過時間t后尚未衰變的原子核數(shù)與質(zhì)量.2.1932年,查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為:94Be+42He→126C+10n3

3、.1934年,約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性同位素核反應(yīng)方程為:2713Al+42He→3015P+10n3015P→3014Si+01e原子核的人工轉(zhuǎn)變使人們推知原子核的組成:由質(zhì)子和中子組成.核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)、質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù).原子核反應(yīng)遵守[8]質(zhì)量數(shù)和[9]電荷數(shù)守恒.三、原子核的衰變原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓?1.α衰變:α衰變的實(shí)質(zhì)是其元素的原子核同時放出由兩個質(zhì)子和兩個中子組成的粒子(即氦核),每發(fā)生一次α衰變,新元素與原元素比較,核電荷數(shù)減少[10]2,質(zhì)量數(shù)減少[11]4,即AZX→A-4Z-2Y+42He2.β衰變:β衰

4、變的實(shí)質(zhì)是其元素的原子核內(nèi)的一個中子變成質(zhì)子時放射出一個電子.每發(fā)生一次β衰變,新元素與原元素比較,核電荷數(shù)增加[12]1,質(zhì)量數(shù)不變.即AZX→AZ+1Y+0-1e3.γ衰變:γ衰變是伴隨著α衰變和β衰變同時發(fā)生的,γ衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù).4.半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間.半衰期由放射性元素的原子核內(nèi)部本身的因素決定,跟原子所處在物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)無關(guān).四、核能1.核力:相鄰核子之間的作用力(1)核力與核子是否帶電無關(guān),質(zhì)子與質(zhì)子之間、質(zhì)子與中子之間、中子與中子之間都可以有核力作用.(2)核力是短程力,只在[13]2.0×1

5、0-15m的極短距離內(nèi)有核力作用,超過這個距離,核力就迅速減小為零.由于質(zhì)子和中子的半徑約為[14]0.8×10-15m,所以每個核子只能跟它的相鄰的核子間才有力的作用.(3)核力是很強(qiáng)的力.2.核能由于原子核中的核子間存在強(qiáng)大的核力,使得原子核成為一個堅固的集合體,要把原子核中的核子拆散,就得克服核力而做巨大的功,反之,要把核子集合成一個原子核,就要放出巨大的能量.單個核子結(jié)合成原子核或原子核分裂成單個核子,放出或吸收的能量叫原子核的[15]結(jié)合能.3.質(zhì)能方程(1)質(zhì)量虧損:組成原子核的核子質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫[16]質(zhì)量虧損.(2)質(zhì)能方程:一定的能

6、量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=[17]mc2.核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)地減少,即ΔE=Δmc2.原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量ΔE=Δmc2.4.核能的計算根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV能量,用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV,即ΔE=Δm×931.5MeV.注意該式中Δm單位是u,ΔE單位的是MeV.5.核能的利用途徑(1)重核裂變:重核俘獲一個中子后分裂成為兩個(或多個)中等質(zhì)量核的反應(yīng)過程.重核裂變的同時放出幾個中子,

7、并釋放出大量核能.為了使鈾235裂變時發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng):鈾塊的體積應(yīng)大于它的[18]臨界體積.如:23592U+10n→9236Kr+14156Ba+310n.(2)輕核聚變:某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,同時釋放出大量核能的反應(yīng)過程,要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核,必須達(dá)到幾百萬度以上的高溫,因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng),如:21H+31H→42He+10n.考題精練1.下面列出的是一些核反應(yīng)方程:3015P→3014Si+X,94Be+21H→105B+Y;42He+42He→73Li+Z,其中()A.X是質(zhì)子,Y是中子,Z是正電子B.X是正電子,Y是質(zhì)子,Z是中子C.

8、X是中子,Y是正電子,Z是質(zhì)子D.X是