原子核知識(shí)點(diǎn)

第十九章原子核一、原子核的組成1、貝可勒爾天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們意識(shí)到原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)2、三種射線性質(zhì)的比較對(duì)應(yīng)粒子射出速度電離能力穿透能力對(duì)應(yīng)粒子的產(chǎn)生α射線最強(qiáng)最弱α衰變中：β射線較弱較弱β衰變中：γ射線光子C最弱最強(qiáng)核反應(yīng)中新核從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)釋放能量，即發(fā)出γ射線。3、衰變方程：α衰變：β衰變：4、質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)：（盧瑟福發(fā)現(xiàn)，并預(yù)言了中子的存在）（查德威克證實(shí)了中子的存在）5、原子核的人工轉(zhuǎn)變：不僅用α粒子，用質(zhì)子、中子甚至光子轟擊一些原子核，都可以實(shí)現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變。通過這種方式可以研究原子核的結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)和制造新元素。半衰期1、定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間叫半衰期。半衰期是大量原子發(fā)生衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。2、半衰期是由原子核內(nèi)部自身因素決定的。它與原子所處的化學(xué)狀態(tài)（單質(zhì)、化合物）和外部條件（如：溫度、壓強(qiáng)等）。3、半衰期反映放射性元素穩(wěn)定性。半衰期越長，放射性污染就越大；所以科學(xué)實(shí)驗(yàn)用到射線，通常選用半衰期較短的“放射性同位素”發(fā)出的射線，而不用天然放射性物質(zhì)的射線。4、公式（N余表示未發(fā)生衰變的該元素原子數(shù)，Ｎ原表示發(fā)生衰變前該元素的原子數(shù)）（M余表示未發(fā)生衰變的該元素物質(zhì)質(zhì)量，M原表示發(fā)生衰變前該元素的物質(zhì)質(zhì)量）例題某放射性元素經(jīng)過11.4天有7/8的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為（A）11.4天（B）7.6天（C）5.7天（D）3.8天三、放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)：1、利用射線：γ射線——“無損探傷”、“鋼板厚度自動(dòng)控制”、“癌癥放療”、“培育優(yōu)良品種”等；α射線——利用其很強(qiáng)的電離能力來使空氣電離，從而消除靜電。2、利用“放射性標(biāo)記”作為“示蹤原子”——如檢查地下漏油管道的漏油情況。3、防護(hù)：遠(yuǎn)離放射源、減少照射時(shí)間、屏閉放射源、及時(shí)檢測放射性標(biāo)記：四、核力與結(jié)合能1、核力：強(qiáng)相互作用（在原子核的尺度內(nèi)核力比庫侖力大得多）短程力（作用范圍在1.5×10-15m內(nèi)，大于0.8×10-15m時(shí)表現(xiàn)為引力，小于0.8×10-15m時(shí)表現(xiàn)為斥力，超過1.5×10-15m核急劇減小，幾乎為零；）飽和性（每個(gè)核子只與相鄰的核子之間才有核力發(fā)生）在穩(wěn)定的重原子核內(nèi)：中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)要多，這樣才能維持原子核的穩(wěn)定原子核的結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核放出的能量與原子核分解為核所需吸收的能量叫原子核的結(jié)合能。比結(jié)合能：a、“原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比”叫“平均結(jié)合能”或“比結(jié)合能”。b、原子核越大，其結(jié)合能就越大；但比結(jié)合能不一定大；比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定c、中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能最大，所以中等質(zhì)量的原子核最穩(wěn)定d、凡是向著“比結(jié)合能大”的方向進(jìn)行的核反應(yīng)或有質(zhì)量虧損的核反應(yīng)都是放能發(fā)應(yīng)e、科學(xué)家們就是根據(jù)向著【“比結(jié)合能大”的方向進(jìn)行的核反應(yīng)都要釋放能量】這一理論來利用核能的4、核能計(jì)算a、愛因斯坦質(zhì)能方程：物體的能量與質(zhì)量之間的簡單正比關(guān)系說明：①不能說“質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化”，只能說“能量大的物體質(zhì)量也大”“質(zhì)量減小時(shí)物體的能量也隨之減少”②光子沒有靜質(zhì)量，頻率為γ的運(yùn)動(dòng)光子具有的能量為E=hγ=mC2；所以運(yùn)動(dòng)光子的質(zhì)量為③質(zhì)能方程中E為物體具有的一切能量之和（包括機(jī)械能、內(nèi)能、電磁能、結(jié)合能等）=4\*GB3④在核反應(yīng)中，質(zhì)量和能量都守恒。在核反應(yīng)前后只是能量的存在形式不同，總能量不變；在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成了動(dòng)質(zhì)量，總質(zhì)量不變。b、在核反應(yīng)過程中，釋放的能量可用來計(jì)算，為虧損質(zhì)量，即反應(yīng)前后靜質(zhì)量差的絕對(duì)值(掌握兩種計(jì)算方法)①若質(zhì)量虧損為2Kg，則釋放的能量=②若質(zhì)量虧損為2u，則釋放的能量1863(MeV)c、重核的裂變：例：d、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核產(chǎn)生的2～3個(gè)中子，使裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去的過程，叫“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。e、使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能進(jìn)行下去的條件：鈾塊的體積大于臨界體積（鈾塊臨界體積對(duì)應(yīng)的質(zhì)量稱為臨界質(zhì)量）?！纠壳蠛ず说谋冉Y(jié)合能（已知中子質(zhì)量為1.6749×10-27Kg、質(zhì)子的質(zhì)量為1.6726×10-27Kg、氦核的質(zhì)量為6.6458×10-27Kg）五、核反應(yīng)堆簡介：1、U235只能俘獲“慢中子”而不易俘獲裂變產(chǎn)生的“快中子”，故要用減速劑（石墨、重水、普通水又叫輕水）使快中子變成慢中子，從而使裂變反應(yīng)能進(jìn)行下去；2、控制反應(yīng)速度；用易吸收中子的“鎘棒”——“控制棒”插入或拔出反應(yīng)堆控制。3、核廢料的處理：目前世界上的核電站都是由核裂變反應(yīng)釋放的能量來發(fā)電，核廢料具有很強(qiáng)的輻射，故要裝入特制的容器深埋地下。輕核的聚變：核反應(yīng)方程：例：反應(yīng)條件：要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10-15m以內(nèi)，核力才能起作用，聚變反應(yīng)才能進(jìn)行；這就要求聚變材料要達(dá)到107K以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫“熱核反應(yīng)”；這樣的高溫可以由裂變反應(yīng)釋放的能量實(shí)現(xiàn)，也可以用激光從四面八方照射聚變材料來實(shí)現(xiàn)。太陽輻射的能量，來自于太陽內(nèi)部劇烈的熱核反應(yīng)釋放的能量，因此太陽的質(zhì)量將不斷減少。核聚變與核裂變對(duì)比同質(zhì)量燃料儲(chǔ)量廢料處理易控制性重核裂變釋放能量少小數(shù)量多輻射強(qiáng)（不容易）已可控輕核聚變釋放能量多大數(shù)量少無輻射（容易）難題6、輕核聚變可控的難題：目前世界上沒有一種容器能承受107K以上的高溫；目前聚變反應(yīng)主要用于軍事上，即氫彈。例題1、下列說法中正確的是A．在放能反應(yīng)中，反應(yīng)物的總結(jié)合能大于生成物的總結(jié)合能B．在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，入射光越強(qiáng)，光電流越大；入射光頻率越高，遏止電壓越大C．在醫(yī)學(xué)上的“放療”技術(shù)是利用α射線電離能力強(qiáng)的特性D．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)建立了“核式結(jié)構(gòu)”模型，其中大角度散射現(xiàn)象說明了原子內(nèi)部絕大部分質(zhì)量應(yīng)該集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)用速度為V0的α粒子打擊原來靜止的產(chǎn)生并放出一個(gè)新粒子，放出的新粒子速度大小為2V0，方向與α粒子初速度方向相反。①寫出該核反應(yīng)的方程；②求出的速度大小和方向。3、下列說法中正確的是原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，銫原子核()的結(jié)合能小于鉛原子核()的結(jié)合能B．德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，而且粒子的能量ε和動(dòng)量p跟它對(duì)所應(yīng)的波的頻率γ和波長λ之間，遵從關(guān)系和C．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E，激發(fā)態(tài)能量，其中n=2,3…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為D．已知4、1928年，德國物理學(xué)家玻特用α粒子（