第75讲 天然放射现象 衰变 核反响 核能1.关于以下核反响方程的说法中，正确的选项是( )P→Si＋XBe＋H→B＋YHe＋He→Li＋ZA.X是质子，Y是中子，Z是正电子B.X是正电子，Y是质子，Z是中子C.X是中子，Y是正电子，Z是质子D.X是正电子，Y是中子，Z是质子答案：D2.图示是原子核人工转变的实验装置示意图，A是α粒子源，F是铝箔，S为荧光屏.在容器中充入氮气后屏S上出现闪光，该闪光是由于( )A.α粒子射到屏上产生的B.α粒子从氮核里打出的粒子射到屏上产生的C.α粒子从F上打出的某种粒子射到屏上产生的D.氮气能加速α粒子，从而穿过铝箔打在荧光屏上产生的解析：α粒子的贯穿能力很弱，无法穿过铝箔，充入氮气后反而有粒子穿过铝箔说明是α粒子与氮核反响生成了新的粒子.答案：B3.近几年来，朝鲜的“核危机”引起了全世界的瞩目，其焦点问题就是朝鲜核电站采用的是轻水堆还是重水堆.因为重水堆核电站在发电的同时还可以产生供研究核武器的钚239(Pu)，这种94Pu可由铀239(92U)经过衰变而产生，那么( )A.94Pu与92U的核内具有相同的中子数B.94Pu与92U的核内具有相同的质子数C.92U经过2次β衰变产生94PuD.92U经过1次α衰变产生94Pu解析：94Pu和92U的质量数相同，但质子数和中子数都不相同，衰变方程为：92U→2 0－1e＋94Pu即92U经过2次β衰变而产生94Pu.答案：C4.如以下图，R是一种放射性物质，虚线框内是匀强磁场B，LL′是一厚纸板，MM′是荧光屏.实验时，发现在荧光屏O、P两处有亮斑，那么以下关于磁场方向、到达O点的射线、到达P点的射线与实验相符的有( )磁场方向到达O点的射线到达P点的射线A竖直向上β射线α射线B竖直向下α射线β射线C垂直纸面向内γ射线β射线D垂直纸面向外γ射线α射线解析：由三种射线的本质可知：γ射线在磁场中不偏转；α射线的贯穿本领很弱，不能穿透厚纸板而到达荧光屏；β射线垂直进入磁场发生偏转，由左手定那么知磁场方向垂直纸面向内.应选项C正确.答案：C5.太阳内部进展着剧烈的轻核聚变反响.氦核是由4个质子聚变生成的，同时有正电子放出，正电子又会和负电子湮灭成一对光子，在这一核反响过程中放出4.5×10－12J的能量.已知现在太阳每秒辐射5.0×1026J的能量.(1)写出上述两个核反响的反响方程.(2)计算出太阳每秒产生的氦核数目及每年减少的质量.(结果保存两位有效数字)解析：(1)4H→He＋2e e＋e→2γ.(2)太阳每形成一个氦核产生的能量为4.5×10－12J.太阳每秒发射的能量为5.0×1026J，所以每秒形成的氦核数目为：5/5\nn＝个＝1.1×1038个一年内太阳释放的总能量为：E＝5×1026×365×24×3600J＝1.6×1034J太阳每年减少的质量为：Δm＝＝1.8×1017kg.答案：(1)4H→He＋2e e＋e→2γ(2)1.1×1038个 1.8×1017kg金典练习三十八 天然放射现象 衰变 核反响 核能选择题局部共10小题，每题6分.在每题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确. 1.关于α、β、γ三种射线，以下说法正确的选项是( )A.α射线是原子核发射出的氦核，它的贯穿能力最强B.β射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的贯穿能力C.γ射线一般伴随着α射线或β射线产生，它的贯穿能力最强D.γ射线是电磁波，它的贯穿能力最弱答案：C2.正电子发射计算机断层显像(PET)的根本原理是：将放射性同位素O注入人体内，O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γ光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像.根据PET的原理，以下说法正确的选项是( )A.O在人体内的衰变方程是：O→N＋eB.正负电子的湮灭方程式是：e＋e→2γC.在PET中，O的主要用途是作为示踪原子D.在PET中，O的主要用途是参与人体的代谢过程答案：ABC3.在北京奥运会场馆的建立中，大量采用了环保新技术，如场馆周围的路灯用太阳能电池供电，洗浴热水通过太阳能集热器产生等.太阳能产生于太阳内部的核聚变，其核反响方程是( )A.4H→He＋2e B.N＋He→O＋HC.U＋n→Xe＋Sr＋10nD.U→Th＋He答案：A4.以下说法正确的选项是( )A.α射线的本质是高速氦核流B.γ射线是原子核发生γ衰变时发出的独有粒子流C.天然放射现象说明原子核也是可分的D.同一原子核在发生衰变时，会同时产生三种射线解析：α射线为氦核(He)流.γ射线是伴随α、β衰变时放出的光子，没有所谓的γ衰变，应选项B错误.α、β射线都是从原子核放出的，说明原子核可以再分，应选项C正确.同一原子不会同时发生α衰变和β衰变，应选项D错误.答案：AC5.图甲是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部伤痕的示意图.图乙中检查所利用的射线是( ) 甲 乙5/5\nA.α射线 B.β射线C.γ射线D.三种射线都可以解析：γ射线的穿透能力足够强，它能穿透薄金属板.答案：C6.在居室装修中经常使用到花岗岩、大理石等材料，这些材料都不同程度地含有放射性元素.比方，有一些含镭的材料会释放出放射性惰性气体氡，而氡产生后很快衰变成一系列放射性产物，最终成为稳定元素铅，这一过程会放出α、β、γ射线.根据有关放射性知识，以下说法正确的选项是( )A.随着气温的升高，氡的半衰期会变小B.氡被吸入人体后，放射性衰变将会停顿C.三种射线中，α粒子的质量最大，穿透能力最强D.三种射线中，γ射线的速度最大，穿透能力最强答案：D7.U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成83Bi，而83Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)，也可以经一次衰变变成b81Ti，X和b81Ti最后都变成82Pb，衰变路径如以下图.可知图中( )A.a＝82，b＝206B.①是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的C.②是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.92U可经过假设干次衰变都放出同一种粒子生成新的原子核83Bi解析：衰变①的方程式为：83Bi―→84X＋e，为β衰变，放出电子，选项B正确、A错误；衰变②的方程式为：83Bi―→81Ti＋He，为α衰变，应选项C错误；92U需经过8次α衰变和6次β衰变后可生成新核82Pb，应选项D错误.答案：B8.以下说法正确的选项是( )A.如果地球外表没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些B.医院中用于检查病情的“B超”是利用了电磁波能产生干预的原理C.原子核能发生β衰变，说明原子核内含有电子D.在原子核的人工转变过程中，科学家常用中子(而不是质子)轰击原子核，这主要是因为中子是电中性的解析：光线经过大气层时发生折射，使得照亮地球的范围略大于半个地球外表，应选项A错误；医院中用“B超”检查病情是利用“B型超声波”(一种机械波)的直线传播与反射原理，应选项B错误；β衰变是原子核中的中子放出一个电子后变成一个质子，原子核中不含有单独存在的电子，应选项C错误；由于中子不带电，它与原子核之间不存在电排斥力，因而用它来产生核反响时，比用其他带电高能粒子的效果好得多，应选项D正确.答案：D9.美国科研人员在研制一种新型镍铜长效电池，它采用了半衰期长达100年的放射性同位素镍63(Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料，利用镍63发生衰变时释放电子给铜片的特性，用镍63和铜片做电池的两极，为外接负载提供电能.以下有关该电池的说法正确的选项是( )A.镍63的衰变方程是：Ni→e＋CuB.镍63的衰变方程是：Ni→e＋CuC.外接负载时，镍63的电势比铜片高D.该电池内电流的方向是从镍63到铜片解析：衰变前后质量数守恒、电荷量守恒，衰变方程应为：Ni→e＋Cu，应选项A、B错误；Ni原子放出一个电子后，变成29个质子、28个核外电子的Cu＋.应选项C正确、D错误.答案：C10.雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2022年度诺贝尔物理学奖.他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯(C2Cl4)的溶液的巨桶.电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反响方程为νe＋Cl→Ar＋e，已知Cl的质量为36.95658u，Ar的质量为36.95691u， 0－1e的质量为0.00055u,15/5\nu质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据可知，参与上述反响的电子中微子的最小能量为( )A.0.82MeVB.0.31MeVC.1.33MeVD.0.51MeV解析：核反响增加的质量为：Δm＝36.95691u＋0.00055u－36.95658u＝0.00088u需吸收的能量ΔE＝Δmc2＝0.82MeV.答案：A非选择题局部共3小题，共40分.11.(8分)1999年4月，人类在合成超重元素方面进入了一个新的里程，美国劳伦斯—柏克莱国家实验室的领导人、核化学家KennethE.Gregorieh宣布：在该实验室的88英寸盘旋加速器上，研究者用高能Kr离子轰击82Pb靶，氪核与铅核结合，放出1个中子，形成了一种新元素A；120μs后，该A元素的原子核分裂出一个α粒子，衰变成另一种新元素B；600μs后B元素又释放出一个α粒子，形成另一种新元素C.写出生成新元素A的原子核的核反响方程和新元素B的原子核发生衰变的衰变方程： ， .答案：Kr＋82Pb→A＋n B→C＋He12.(15分)裂变反响是目前核能利用中常用的反响，以原子核为燃料的反响堆中，当俘获一个慢中子后发生的裂变反响可以有多种方式，其中一种可表示为：U ＋ nXe ＋ Sr＋3n235.0439 1.0087138.9178 93.9154反响方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位).已知1u的质量对应的能量为9.3×102MeV，此裂变反响释放的能量是 MeV.解析：由题中给出的核反响方程计算质量亏损Δm，即：Δm＝m－m′＝(235.0439＋1.0087－138.9178－93.9154－3× 1.0087)u＝0.1933u所以释放的能量为：ΔE＝Δmc2＝0.1933×9.3×102MeV＝1.8×102MeV.答案：1.8×10213.(17分)核聚变能是一种具有经济性能好、平安可靠、无环境污染等优势的新能源.近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站.一种常见的核聚变反响是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子.假设已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u,1u＝1.66×10－27kg.(1)写出氘和氚聚合的反响方程.(2)试计算这个核反响释放出来的能量.(3)假设建一座发电功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半转变成了电能，那么每年要消耗多少千克氘？(一年按3.2×107s计算，光速c＝3.0×108m/s，结果取两位有效数字)解析：(1)H＋H→He＋n.(2)质量亏损Δm＝[(2.0141u＋3.0160u)－(4.0026u＋1.0087u)]＝0.0188u＝3.12×10－29kg产生的核能ΔE＝Δmc2＝2.8×10－12J.(3)核电站在一年中产生的核能为：E＝2E电＝2Pt＝1.92×1016J1mol的H的质量m0＝2g，含有n＝6.02×1023个H原子所以一年中消耗的H的质量为：M＝m0＝kg≈23kg.5/5\n答案：(1)H＋H→He＋n(2)2.8×10－12J (3)23kg5/5
