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第40讲　原子核
知识内容 考试要求 说明
原子核的组成 a 1.不要求识记反映三种放射线穿透能力的数据. 2.不要求知道威尔逊云室、气泡室的工作原理. 3.不要求知道盖革—米勒计数器的技术细节. 4.不要求了解比结合能概念以及比结合能曲线. 5.不要求了解核电站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚变中的技术问题. 7.不要求识记新粒子以及各种夸克的名称. 8.不要求识记宇宙与恒星演化的细节.
放射性元素的衰变 c
探测射线的方法 a
放射性的应用与防护 a
核力与结合能 c
核裂变 c
核聚变 c
粒子和宇宙 a
一、原子核的组成
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)三种射线
名称 构成 符号 电离能力 贯穿本领
α射线 氦核 He 最强 最弱
β射线 电子 　e 较弱 较强
γ射线 光子 γ 最弱 最强
2.原子核的组成
(1)原子核由质子(H)和中子(n)组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.
(2)基本关系
①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数.
②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数.
(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.
(4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素.
二、放射性元素的衰变
1.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：X→Y＋He
β衰变：X→　Y＋e
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
(3)两个典型的衰变方程
α衰变：U→Th＋He
β衰变：Th→Pa＋e.
2.半衰期
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.
三、探测射线的方法
威尔逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器.
四、放射性的应用与防护
1.应用射线：工业上可以使用射线来测厚度、医疗方面可以放射治疗、利用γ射线照射种子来培育优良品种等.
2.示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子.
3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用.要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染.
五、核裂变
1.典型的裂变反应方程：
U＋n→Kr＋Ba＋3n.
2.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程.
3.临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量.
4.裂变的应用：原子弹、核反应堆.
六、核聚变
1.典型的聚变反应方程：
H＋H→He＋n＋17.6 MeV
2.人工转变：
(1)卢瑟福发现质子：N＋He→O＋H.
(2)查德威克发现中子：Be＋He→C＋n.
命题点一　原子核的衰变及半衰期
1.衰变规律及实质
(1)α衰变、β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中 轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.
2.确定衰变次数的方法
因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原().
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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.
（2024 海口一模）铀是核工业中的最重要元素之一，铀发生衰变产生钍和另一粒子X，X是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：根据质量数守恒和电荷数守恒可得：X的质量数A＝238﹣234＝4，电荷数Z＝92﹣90＝2，据此可知X为氦原子核，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2024 金华二模）如图所示，2023年11月2日，日本东京电力公司启动第三批福岛核污染水排海。核污染水虽然经过“多核素去除设备”（ALPS）处理，但核污染水中的氚（）很难被分离清除，氚会通过食物链在人体内累积，对人的伤害将不可估量。其衰变方程为→，半衰期为12.5年，下列说法正确的是（　　）
A．衰变过程核子总质量不变
B．衰变放出的是由原子核外电子受激发而产生
C．受核污染的海产品经过高温烹煮不能去除其放射性
D．在食物链传递过程中，其半衰期会逐渐缩短
【解答】解：A、衰变过程中会释放能量，根据质能方程可知，反应后的质量会减小，故A错误；
B、衰变释放出的电子是由于原子核内的变化产生的，与核外电子无关，故B错误；
C、放射性为物理性质，高温亨煮无法除去，故C正确；
D、半衰期为物理性质，不会随着食物链传递而缩短周期的，故D错误
故选：C。
（2024 绍兴二模）钠的放射性同位素Na经过一次衰变后产生稳定的镁（Mg），已知Na的半衰期为15h，将一个放射强度为每秒3.2×104次的Na溶液样本注射到某病人血液中，45h后从该病人体内抽取6mL的血液，测得其放射强度为每秒5次。下列说法正确的是（　　）
A．该衰变过程为α衰变
B．Na进入到血液后半衰期变长
C．45h后样本放射强度变为原来的
D．该病人体内血液的总体积约为4.8L
【解答】解：A、根据衰变过程中电荷量和质量数守恒可知该衰变产物为e，为β衰变，故A错误；
B、半衰期与外界因素无关，Na进入到血液后半衰期不变，故B错误；
C、Na的半衰期为15h，45h＝3×15h，则45h后样本放射强度变为原来的，故C错误；
D、第一次测量时放射强度为每秒3.2×104次，3个半衰期后，每秒钟衰变次数应为3.2×104×（）3＝4×103（次），现从该病人体内抽取6mL的血液，测得其放射强度为每秒5次，故血液总量应是mL＝4800mL＝4.8L，故D正确。
故选：D。
命题点二　核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发 U→Th＋He
β衰变 自发 Th→Pa＋e
人工转变 人工控制 N＋He→O＋H(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(H)、中子(n)、α粒子
(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等.
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.
(3)核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒.
（2024 揭阳二模）2023年4月12日，中国“人造太阳”一全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为HH→He+X，则（　　）
A．该反应为β衰变
B．X为中子
C．X为质子
D．He的结合能比H的结合能小
【解答】解：根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X为中子；
该反应是质量较小的核合并为质量较大的核，所以该反应为核聚变；
原子序数越大的原子核的结合能越大，则的结合能比的结合能大。故ACD错误，B正确。
故选：B。
（2024 鹿城区校级模拟）太阳能源于太阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为4.0×1026J，下列说法正确的是（　　）
A．该聚变的核反应方程是H→Hee
B．聚变反应在常温下也容易发生
C．太阳每秒钟减少的质量约4.4×109kg
D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核
【解答】解：A、根据氢核的聚变过程中，质量数和电荷数守恒可知其反应方程为：H→Hee，故A错误；
B、核聚变反应也叫热核反应，聚变反应必须在很高的温度下才能发生，温度要达到几百万开尔文才可以，故B错误；
B、根据ΔE＝mc2可得太阳每秒钟减少的质量约为：Δmkg＝4.4×109kg，故C正确；
D、目前核电站采用的核燃料主要是铀原子核，因为重核裂变反应是可控的，故D错误。
故选：C。
（2024 郑州模拟）2023年12月8日，百亿级中核核能产业园签约落地成都，助力打造国家级核能产业集聚战略高地。核能是通过核反应从原子核释放的能量，如氦3与氘核的核反应方程是HeH→xH+ΔE，方程中ΔE为释放的核能。已知氘核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2。则下列说法中正确的是（　　）
A．该反应为核裂变反应，生成的新核x是He
B．氦4核中有4个质子2个中子，氦4核与氦3核不是互为同位素
C．该反应中氦3的比结合能为
D．该反应生成物的质量数将小于反应物的质量数
【解答】解：A、该反应为核聚变反应，根据质量数守恒和电荷数守恒可知：x的质量数A＝3+2﹣1＝4，核电荷数Z＝2+1﹣1＝2，则x为氦原子核，故A错误；
B、氦4核中有2个质子2个中子，氦4核与氦3核互为同位素，故B错误；
C、根据能量守恒可得：3E3+2E1+ΔE＝4E2，解得氦3的比结合能，故C正确；
D、核反应前后的质量数守恒，故D错误。
故选：C。
命题点三　质量亏损及核能的计算
1.根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.
2.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.
质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.
3.ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
（2024 抚顺三模）放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。用大量氘核轰击时可产生放射性元素，的半衰期为87.74年，含有的化合物核电池的原理是其发生α衰变时将释放的能量转化为电能，我国的火星探测车用放射性材料PuO2作为燃料，PuO2中的Pu元素就是，下列判断正确的是（　　）
A．
B．
C．的比结合能大于的比结合能
D．1kg化合物经过87.74年后剩余0.
【解答】解：A、根据质量数守恒与电荷数守恒可知，大量氘核轰击时产生的反应方程为，故A错误；
B、发生α衰变时的反应方程为，故B错误；
C、的比结合能小于的比结合能，故C错误；
D、的半衰期为87.74年，则1kg化合物经过87.74年后剩余0.5kg的，故D正确。
故选：D。
（2024 东城区一模）科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，用4n表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射8He原子核而产生的，与H碰撞可将一个8He核分裂成一个α粒子和一个“四中子”。由于4He核由四个核子组成，与“四中子”体系很相近，所以早在上个世纪50年代就有人根据4He核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为14MeV，其后有很多实验对四中子体系进行探测，但多数结论是否定的。2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子态”存在的明确证据。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　）
A．可以通过电磁场使4n形成高速粒子束
B．产生“四中子”的核反应为H+8He→4He+4n
C．从核子间相互作用来看，“四中子”与4He核的区别在于是否存在电磁力
D．按上世纪50年代的估算，4个中子结合成“四中子”至多需要吸收14MeV的能量
【解答】解：A、中子不带电，则“四中子”也不带电，不能通过电磁场使4n形成高速粒子束，故A错误；
B、产生“四中子”的核反应为H+8He→4He+4n+H，故B正确；
C、“四中子”也不带电，核子间无电磁力，4He中有带正电的质子，所以“四中子”与4He核的区别在于是否存在电磁力，故C正确；
D、4个中子结合成“四中子”至多释放14MeV的能量，故D错误；
故选：C。
（2024 深圳校级模拟）核能是蕴藏在原子核内部的能量、合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是Un→BaKr+3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3。则（　　）
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X为n
C．该核反应中释放的核能为（E1﹣E2﹣E3）
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
【解答】解：A、核反应过程中由于系统不受外力作用，动量一定守恒，故A错误；
BD、由核反应的电荷数守恒和质量数守恒可得出，X为n，故B正确，D错误；
C、核反应释放的核能为反应前后的核的结合能之和的差值，释放的核能为（E2+E3﹣E1），故C错误；
故选：B。
（2024 枣庄一模）2023年8月24日，日本福岛核电站启动核污染水排海，核污染水里含高达64种核放射性元素，其中碘129的半衰期为1570万年，其衰变方程为IXe，下列说法正确的是（　　）
A．核污染水被稀释后碘129的半衰期变长
B．衰变生成了电子，说明原子核中存在电子
C．X核内的中子数为76
D．I的比结合能小于X的比结合能
【解答】解：A．半衰期由核内部本身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关，故经过海水稀释，原子核的半衰期不变，故A错误；
B．衰变过程中的电子是由核内中子转化为质子释放出来的，并不是原子核中存在电子，故B错误；
C．根据衰变方程的质量数守恒可得：
A＝129
根据衰变方程的电荷数守恒可得
Z＝53+1＝54
则X核内的中子数为
A﹣Z＝75
故C错误；
D．衰变过程释放能量，反应后的比反应前的更稳定，则的比结合能小于的比结合能，故D正确。
故选：D。
（2024 菏泽一模）下列说法正确的是（　　）
A．航天员在月球上能够轻松背起质量很大的背包，说明背包在月球上的惯性比在地球上时小
B．硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一，治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是
C．氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子吸收光子，能量减少
D．发生光电效应时，入射光照射时间越长，光电子的最大初动能也就越大
【解答】解：A.航天员在月球上能够轻松背起质量很大的背包，说明月球表面重力加速度比地球表面重力加速度小，惯性不变。故A错误；
B.根据题意以及核反应前后质量数守恒、电荷数守恒得，这个核反应的方程是，故B正确；
C.氢原子从激发态向基态跃迁时，氢原子将辐射光子，放出能量，故C错误；
D.金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出电子的初动能。所以光电子的最大初动能与光照时间长短无关，故D错误；
故选：B。
（2024 天津模拟）2023年4月12日，我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现稳定态高约束模式等离子体运行403秒。其内部发生轻核聚变的核反应方程为HH→He+x，释放出能量，一段时间后测得反应物的质量亏损了Δm，光速为c、下列说法正确的是（　　）
A．x是β粒子，穿透能力强电离能力弱
B．这段时间内，轻核聚变释放的能量为Δmc2
C．x粒子最早由汤姆孙通过实验发现的
D．轻核聚变质量亏损，则轻核聚变过程中质量数不守恒
【解答】解：A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒，可知轻核聚变的核反应方程为，显然x为中子，故A错误；
B．根据爱因斯坦质能方程可知，这段时间内，轻核聚变释放的能量为ΔE＝Δmc2，故B正确；
C．中子最早是由查德威克通过实验发现的，故C错误；
D．轻核聚变质量亏损，但轻核聚变过程中质量数守恒，故D错误。
故选：B。
（2024 通州区模拟）家庭装修中，不合格的天然大理石有可能释放出过量的放射性元素氧。氡的衰变曲线如图，则氡的半衰期为（　　）
A．3.8天 B．7.6天 C．10天 D．17.6天
【解答】解：由图可知，氡的质量从到衰变剩余的过程中，经历了t＝17.6天﹣10天＝7.6天，即经过了两个半衰期，所以半衰期T，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（2024 龙岗区校级三模）日本于2023年8月24日将福岛第一核电站核废水排入大海，对海洋生态造成恶劣影响。核废水中含有氚、锶90、铯137、碘129等放射性元素，其中铯137的半衰期约30年，衰变方程为Cs→Ba+X。下列说法正确的是（　　）
A．X是α粒子
B．X是β粒子
C．衰变过程中质量守恒
D．100个铯137原子核经过30年后一定还有50个未衰变
【解答】解：A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为0，电荷数为﹣1，所以X是β粒子，故A错误，B正确；
C．衰变过程质量不守恒，因为有质量亏损，故C错误；
D．半衰期对少量放射性元素不适用，它是针对大量放射性元素的统计规律，故D错误；
故选：B。
（2024 聊城模拟）1947年，美国芝加哥大学教授威拉得 利比首次利用放射性元素C的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。威拉得 利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖。C能自发释放β射线，衰变方程为，其半衰期约为5730年。下列说法正确的是（　　）
A．新核X比C少一个中子
B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17190年
C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致β衰变加快，检测不准
D．衰变产生的β粒子来自C的核外电子
【解答】解：A．根据质量数和电荷数守恒可知，新核X的质量数为14，电荷数为7，则中子数为7，跟C相比，少一个中子，故A正确；
B．根据半衰期公式：N，根据题意可得：，解得t＝2T＝2×5730年＝11460年，故B错误。
C．半衰期与外界因素无关，根据题意C衰变所经历时间约为5730年，该时间并不会改变，故C错误；
D．β衰变中生成的电子是一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，而不是来自核外电子，故D错误；
故选：A。
（2024 盐城一模）近期，江南造船集团发布我国首艘熔盐堆核动力集装箱船的设计方案，其涉及的核反应包含Th（钍）衰变为Pa（镤），下列关于此衰变说法正确的是（　　）
A．衰变方程为Th→Pae
B．衰变产生的新核的比结合能变小
C．衰变放出的电子来自于原子的核外电子
D．随着反应堆温度升高，会加快钍核的衰变
【解答】解：A.根据质量数和电荷数守恒可知，衰变的方程为Th→Pae，故A正确；
B.衰变时放出核能，产生的新核的比结合能变大，故B错误；
C.衰变辐射出的电子来自于中子转变为质子时释放出的电子，故C错误；
D.外部条件无法改变半衰期，故D错误。
故选：A。
（2024 连云港一模）2023年6月，正式试运行的甘肃武威的钍基熔盐反应堆是我国自主研发的第四代先进核能系统，也是全球首个商业试运行的第四代核反应堆。反应堆中利用钍﹣铀循环产能，Th（钍核）吸收一个中子后转化为钍233，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233。下列选项不正确的是（　　）
A．ThnTh
B．ThUe
C．钍233与钍232是同位素
D．钍233与铀233是同位素
【解答】解：A、根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍核吸收一个中子后转化为钍233的核反应方程为，故A正确；
B、根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，钍核经过两次β衰变后生成易裂变的铀233，核反应方程为，故B正确；
C、钍233与钍232电荷数一样，中子数不相同是同位素，故C正确；
D、钍233与铀233是两种不同的元素，不是同位素，故D错误。
本题选不正确的，
故选：D。
（2024 香坊区校级二模）静止在O点的C原子核发生衰变的同时，空间中出现如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（　　）
A．A粒子为Be粒子
B．C原子核发生的是β衰变
C．两粒子始终处在同一等势面上
D．经过相等时间A、B粒子位移比为2：5
【解答】解：AB．根据A、B两粒子的运动轨迹，可知其所受电场力均与电场方向相同，即两粒子均带正电，可知原子核发生的是α衰变，由衰变反应前后质量数与核电荷数守恒可得，衰变后放出α粒子和质量数为10，核电荷数为4的粒子，即为。
又有衰变过程动量守恒，则mAvA﹣mBvB＝0
可知，质量越大，速度越小，即的初速度小于α粒子的初速度，粒子在电场中做类平抛运动，则有x＝vt，
解得
根据图像可知，当竖直分位移大小相等时，的初速度小，电荷量多，则水平分位移小一些，可知A粒子为Be粒子，故A正确，B错误；
C．根据上述有
可知，若时间相等，的比荷小于α粒子的比荷，即经历相等时间，的竖直分位移小于α粒子的竖直分位移，匀强电场等势面与电场线垂直，即两粒子飞出后不在同一等势面上，故C错误；
D．根据上述有x＝vt，规定vA的方向为正方向，由动量守恒得mAvA﹣mBvB＝0
解得，经过相等时间A、B粒子水平分位移比vAt：vBt
可知，经历相等时间A、B粒子水平分位移比为2：5，位移之比并不等于2：5，故D错误。
故选：A。
（2024 如皋市二模）“玉兔二号”装有我国自主研发的放射性钚电池，其发生α衰变后的产物是铀并放出能量。下列说法中正确的是（　　）
A．铀234原子核内质子数比中子数多50个
B．α衰变的实质是核内的两个中子和两个质子转化成了一个α粒子
C．衰变后铀234的质量与α粒子的质量之和等于衰变前钚238的质量
D．充分利用太阳能加热核电池可以加快钚238的衰变
【解答】解：A、铀234中的中子数为234﹣92＝142，铀原子核内质子数比中子数少142﹣92＝50个，故A错误；
B、α衰变的实质是核内的两个中子和两个质子转化成了一个α粒子，故B正确；
C、由于衰变中有质量亏损所以衰变后原子核的质量与粒子的质量之和小于衰变前钚238的质量，故C错误；
D、放射性元素的半衰期与其环境无关，故D错误。
故选：B。
（2024 石家庄二模）2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为HHHe+X，已知的比结合能为E1，H的比结合能为E2，He的比结合能为E3，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程中X为电子
B．He的比结合能小于H的比结合能
C．核反应吸收的能量为E3﹣（E1+E2）
D．核反应中的质量亏损为
【解答】解：A．根据质量数与电荷数守恒可知X的质量数A＝2+3﹣4＝1，电荷数z＝1+1﹣2＝0，所以X为，故A错误；
B．反应过程中释放大量热量，则总结合能增大，的比结合能大于的比结合能，故B错误；
CD．核反应放出的能量为ΔE＝4E3﹣（2E1+3E2）
由能量守恒可得
解得
故C错误，D正确。
故选：D。第40讲　原子核
知识内容 考试要求 说明
原子核的组成 a 1.不要求识记反映三种放射线穿透能力的数据. 2.不要求知道威尔逊云室、气泡室的工作原理. 3.不要求知道盖革—米勒计数器的技术细节. 4.不要求了解比结合能概念以及比结合能曲线. 5.不要求了解核电站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚变中的技术问题. 7.不要求识记新粒子以及各种夸克的名称. 8.不要求识记宇宙与恒星演化的细节.
放射性元素的衰变 c
探测射线的方法 a
放射性的应用与防护 a
核力与结合能 c
核裂变 c
核聚变 c
粒子和宇宙 a
一、原子核的组成
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)三种射线
名称 构成 符号 电离能力 贯穿本领
α射线 氦核 He 最强 最弱
β射线 电子 　e 较弱 较强
γ射线 光子 γ 最弱 最强
2.原子核的组成
(1)原子核由质子(H)和中子(n)组成，质子和中子统称为核子.质子带正电，中子不带电.
(2)基本关系
①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝核外电子数.
②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数.
(3)X元素的原子核的符号为X，其中A表示质量数，Z表示核电荷数.
(4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素.
二、放射性元素的衰变
1.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：X→Y＋He
β衰变：X→　Y＋e
当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射.
(3)两个典型的衰变方程
α衰变：U→Th＋He
β衰变：Th→Pa＋e.
2.半衰期
放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系.
三、探测射线的方法
威尔逊云室、气泡室、盖革—米勒计数器.
四、放射性的应用与防护
1.应用射线：工业上可以使用射线来测厚度、医疗方面可以放射治疗、利用γ射线照射种子来培育优良品种等.
2.示踪原子：有关生物大分子的结构及其功能的研究，几乎都要借助于示踪原子.
3.辐射与安全：人类一直生活在放射性的环境中，过量的射线对人体组织有破坏作用.要防止放射性物质对水源、空气、用具等的污染.
五、核裂变
1.典型的裂变反应方程：
U＋n→Kr＋Ba＋3n.
2.链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程.
3.临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量.
4.裂变的应用：原子弹、核反应堆.
六、核聚变
1.典型的聚变反应方程：
H＋H→He＋n＋17.6 MeV
2.人工转变：
(1)卢瑟福发现质子：N＋He→O＋H.
(2)查德威克发现中子：Be＋He→C＋n.
命题点一　原子核的衰变及半衰期
1.衰变规律及实质
(1)α衰变、β衰变的比较
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变过程 X→Y＋He X→Y＋e
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 1个中子转化为1个质子和1个电子
2H＋2n→He n→H＋e
匀强磁场中 轨迹形状
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
(2)γ射线：γ射线经常伴随着α衰变或β衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生α衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.
2.确定衰变次数的方法
因为β衰变对质量数无影响，所以先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数.
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原().
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，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.
（2024 海口一模）铀是核工业中的最重要元素之一，铀发生衰变产生钍和另一粒子X，X是（　　）
A． B． C． D．
（2024 金华二模）如图所示，2023年11月2日，日本东京电力公司启动第三批福岛核污染水排海。核污染水虽然经过“多核素去除设备”（ALPS）处理，但核污染水中的氚（）很难被分离清除，氚会通过食物链在人体内累积，对人的伤害将不可估量。其衰变方程为→，半衰期为12.5年，下列说法正确的是（　　）
A．衰变过程核子总质量不变
B．衰变放出的是由原子核外电子受激发而产生
C．受核污染的海产品经过高温烹煮不能去除其放射性
D．在食物链传递过程中，其半衰期会逐渐缩短
（2024 绍兴二模）钠的放射性同位素Na经过一次衰变后产生稳定的镁（Mg），已知Na的半衰期为15h，将一个放射强度为每秒3.2×104次的Na溶液样本注射到某病人血液中，45h后从该病人体内抽取6mL的血液，测得其放射强度为每秒5次。下列说法正确的是（　　）
A．该衰变过程为α衰变
B．Na进入到血液后半衰期变长
C．45h后样本放射强度变为原来的
D．该病人体内血液的总体积约为4.8L
命题点二　核反应及核反应类型
1.核反应的四种类型
类型 可控性 核反应方程典例
衰变 α衰变 自发 U→Th＋He
β衰变 自发 Th→Pa＋e
人工转变 人工控制 N＋He→O＋H(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n
2.核反应方程式的书写
(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础.如质子(H)、中子(n)、α粒子
(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等.
(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向.
(3)核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒.
（2024 揭阳二模）2023年4月12日，中国“人造太阳”一全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为HH→He+X，则（　　）
A．该反应为β衰变
B．X为中子
C．X为质子
D．He的结合能比H的结合能小
（2024 鹿城区校级模拟）太阳能源于太阳内部的聚变反应，太阳质量也随之不断减少。设每次聚变反应可看作4个氢核结合成1个氦核，太阳每秒钟辐射的能量约为4.0×1026J，下列说法正确的是（　　）
A．该聚变的核反应方程是H→Hee
B．聚变反应在常温下也容易发生
C．太阳每秒钟减少的质量约4.4×109kg
D．目前核电站采用的核燃料主要是氢核
（2024 郑州模拟）2023年12月8日，百亿级中核核能产业园签约落地成都，助力打造国家级核能产业集聚战略高地。核能是通过核反应从原子核释放的能量，如氦3与氘核的核反应方程是HeH→xH+ΔE，方程中ΔE为释放的核能。已知氘核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2。则下列说法中正确的是（　　）
A．该反应为核裂变反应，生成的新核x是He
B．氦4核中有4个质子2个中子，氦4核与氦3核不是互为同位素
C．该反应中氦3的比结合能为
D．该反应生成物的质量数将小于反应物的质量数
命题点三　质量亏损及核能的计算
1.根据核反应方程，计算出核反应前与核反应后的质量亏损Δm.
2.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.
质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”.
3.ΔE＝Δmc2中，若Δm的单位用“u”，则可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算ΔE，此时ΔE的单位为“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用.
（2024 抚顺三模）放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。用大量氘核轰击时可产生放射性元素，的半衰期为87.74年，含有的化合物核电池的原理是其发生α衰变时将释放的能量转化为电能，我国的火星探测车用放射性材料PuO2作为燃料，PuO2中的Pu元素就是，下列判断正确的是（　　）
A．
B．
C．的比结合能大于的比结合能
D．1kg化合物经过87.74年后剩余0.
（2024 东城区一模）科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，用4n表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射8He原子核而产生的，与H碰撞可将一个8He核分裂成一个α粒子和一个“四中子”。由于4He核由四个核子组成，与“四中子”体系很相近，所以早在上个世纪50年代就有人根据4He核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为14MeV，其后有很多实验对四中子体系进行探测，但多数结论是否定的。2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子态”存在的明确证据。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　）
A．可以通过电磁场使4n形成高速粒子束
B．产生“四中子”的核反应为H+8He→4He+4n
C．从核子间相互作用来看，“四中子”与4He核的区别在于是否存在电磁力
D．按上世纪50年代的估算，4个中子结合成“四中子”至多需要吸收14MeV的能量
（2024 深圳校级模拟）核能是蕴藏在原子核内部的能量、合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是Un→BaKr+3X，U核的结合能为E1，Ba核的结合能为E2，Kr核的结合能为E3。则（　　）
A．该核反应过程动量不守恒
B．该核反应方程中的X为n
C．该核反应中释放的核能为（E1﹣E2﹣E3）
D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
（2024 枣庄一模）2023年8月24日，日本福岛核电站启动核污染水排海，核污染水里含高达64种核放射性元素，其中碘129的半衰期为1570万年，其衰变方程为IXe，下列说法正确的是（　　）
A．核污染水被稀释后碘129的半衰期变长
B．衰变生成了电子，说明原子核中存在电子
C．X核内的中子数为76
D．I的比结合能小于X的比结合能
（2024 菏泽一模）下列说法正确的是（　　）
A．航天员在月球上能够轻松背起质量很大的背包，说明背包在月球上的惯性比在地球上时小
B．硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一，治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是
C．氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子吸收光子，能量减少
D．发生光电效应时，入射光照射时间越长，光电子的最大初动能也就越大
（2024 天津模拟）2023年4月12日，我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现稳定态高约束模式等离子体运行403秒。其内部发生轻核聚变的核反应方程为HH→He+x，释放出能量，一段时间后测得反应物的质量亏损了Δm，光速为c、下列说法正确的是（　　）
A．x是β粒子，穿透能力强电离能力弱
B．这段时间内，轻核聚变释放的能量为Δmc2
C．x粒子最早由汤姆孙通过实验发现的
D．轻核聚变质量亏损，则轻核聚变过程中质量数不守恒
（2024 通州区模拟）家庭装修中，不合格的天然大理石有可能释放出过量的放射性元素氧。氡的衰变曲线如图，则氡的半衰期为（　　）
A．3.8天 B．7.6天 C．10天 D．17.6天
（2024 龙岗区校级三模）日本于2023年8月24日将福岛第一核电站核废水排入大海，对海洋生态造成恶劣影响。核废水中含有氚、锶90、铯137、碘129等放射性元素，其中铯137的半衰期约30年，衰变方程为Cs→Ba+X。下列说法正确的是（　　）
A．X是α粒子
B．X是β粒子
C．衰变过程中质量守恒
D．100个铯137原子核经过30年后一定还有50个未衰变
（2024 聊城模拟）1947年，美国芝加哥大学教授威拉得 利比首次利用放射性元素C的衰变程度，准确测定了曾经有过生命的有机体的年代。威拉得 利比对于考古学、海洋学和地球科学做出了巨大的贡献，因此获得1960年诺贝尔奖。C能自发释放β射线，衰变方程为，其半衰期约为5730年。下列说法正确的是（　　）
A．新核X比C少一个中子
B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17190年
C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，会导致β衰变加快，检测不准
D．衰变产生的β粒子来自C的核外电子
（2024 盐城一模）近期，江南造船集团发布我国首艘熔盐堆核动力集装箱船的设计方案，其涉及的核反应包含Th（钍）衰变为Pa（镤），下列关于此衰变说法正确的是（　　）
A．衰变方程为Th→Pae
B．衰变产生的新核的比结合能变小
C．衰变放出的电子来自于原子的核外电子
D．随着反应堆温度升高，会加快钍核的衰变
（2024 连云港一模）2023年6月，正式试运行的甘肃武威的钍基熔盐反应堆是我国自主研发的第四代先进核能系统，也是全球首个商业试运行的第四代核反应堆。反应堆中利用钍﹣铀循环产能，Th（钍核）吸收一个中子后转化为钍233，经过两次β衰变后生成易裂变的铀233。下列选项不正确的是（　　）
A．ThnTh
B．ThUe
C．钍233与钍232是同位素
D．钍233与铀233是同位素
（2024 香坊区校级二模）静止在O点的C原子核发生衰变的同时，空间中出现如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（　　）
A．A粒子为Be粒子
B．C原子核发生的是β衰变
C．两粒子始终处在同一等势面上
D．经过相等时间A、B粒子位移比为2：5
（2024 如皋市二模）“玉兔二号”装有我国自主研发的放射性钚电池，其发生α衰变后的产物是铀并放出能量。下列说法中正确的是（　　）
A．铀234原子核内质子数比中子数多50个
B．α衰变的实质是核内的两个中子和两个质子转化成了一个α粒子
C．衰变后铀234的质量与α粒子的质量之和等于衰变前钚238的质量
D．充分利用太阳能加热核电池可以加快钚238的衰变
（2024 石家庄二模）2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程为HHHe+X，已知的比结合能为E1，H的比结合能为E2，He的比结合能为E3，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　）
A．核反应方程中X为电子
B．He的比结合能小于H的比结合能
C．核反应吸收的能量为E3﹣（E1+E2）
D．核反应中的质量亏损为

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