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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,16.2 放射性元素的衰变 核反响核能 光电效应,高三总复习 选修3-5,一、天然放射性现象,1放射性现象：,像这样物质自发地发出射线的现象叫,天然放射现象,。物质的这种性质叫,天然放射性,，具有放射性的元素，叫,放射性元素,。,人们发现,原子序数大于84,的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于84的天然存在的元素有些也具有放射性，它们放射出来的射线共有三种：,射线、射线、射线,1896年贝克勒尔发现铀U和含铀的矿物能发射某种看不见的射线，这种射线可以穿透黑纸使照像底片感光。,2、三种射线的本质和特性,1.射线：,速度约为光速110的氦核流，贯穿作用很弱，电离作用很强,2.射线：,速度约为光速0.99的电子流，贯穿作用很强，电离作用较弱,3.射线：,波长极短的电磁波，贯穿作用最强，电离作用最弱,种 类,本 质,电 荷(,e),速 度(C),电 离 性,贯 穿 性,射线,氦核,+2,0.1,最强,最弱，纸能挡住,射线,电子,-1,0.99,较强,较强，穿几mm铝板,射线,光子,0,1,最弱,最强，穿几cm铅版,3.研究放射线的方法：,(1)在磁场中偏转,(2)在电场中偏转,3.研究放射线的方法：,设与沿初速度方向前进一样的距离L，两者在电场方向上偏转的距离之比：,例1：将、三种射线分别射入匀强磁场和匀强电场，图中表示射线偏转情况中正确的选项是 ( ),AD,二、原子核的衰变规律,1衰变的一般方程为,每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数减小2，质量数减少4原子核内两个质子和两个中子结合比较严密，有时作为一个整体从较大的原子核中抛射出来。,2衰变的一般方程为,每发生一次衰变，新元素与原元素相比较，核电荷数增加1，质量数不变衰变的实质是元素的原子核内的一个中子变成质子时放射出一个电子,伴随衰变或衰变同时产生的、射线不改变原子核的电荷数和质量数,3射线,实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量核处于激发态而辐射出光子,注意：,一种,元素,只能发生一种衰变，但在一块放射性,物质,中可以同时放出、和三种射线。,每一种放射性元素都有一定的半衰期,不同的放射性元素,半衰期不同.,如果用M,0,表示原来的原子质量,M,t,表示t时刻还未衰变的质量,T表示半衰期,那么,(4)半衰期统计规律,是放射性元素的大量原子核有,半数发生衰变,需要的时间,放射性元素半衰期的长短是由原子核的内部因素决定的,它不受外部因素的影响.例如温度、物态、化学构造等,都不能改变它的半衰期.,衰变公式,【例2】,（钍）经过一系列和衰变，,变成,（铅），下列说法正确的是（ ）,A铅核比钍核少8个质子,B铅核比钍核少16个中子,C共经过4次衰变和6次衰变,D共经过6次衰变和4次衰变,ABD,【例3】,铀（,）经过、衰变形成,稳定的铅（,问在这一变化过程中，共有多少中子转变为质子（ ）,A6 ； B14； C22 ； D32,）,A,【例4】假设元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天,那么一样质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比，即mA ：mB 是( ),A、3031 B、3130 C、12 D、21,C,【例5】如下图，两个相切的圆表示一个静止原子核发生某种核变化后，产生的两种运动粒子在匀强磁场中的运动轨迹，可能的是 ,A.原子核发生了衰变； B原子核发生了衰变,C.原子核放出了一个正电子；D.原子核放出了一个中子；,由于一般新核带电量和质量均大于放出的粒子电量和质量,那么由圆周运动规律可知大圆为粒子轨迹,小圆为新核轨迹.,AC,衰变外切，衰变内切,【例6】,静止的氡核,放出粒子后变成钋核,粒子动能为E。假设衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能，真空中的光速为c，那么该反响中的质量亏损为,B. 0,C,正确,三、核反响,2、查德威克射线粒子轰击铍原子核实验,发现了中子,定义：原子核在其它粒子的轰击下产生新核的过程叫核反响,1、1919年卢瑟福用粒子轰击氮原子核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子,核反响是原子核的变化，化学反响是核外电子的变化,在核反响中，质量数和电荷数都守恒,4.注意：在人工转变中，用某高速粒子去轰击某原子核后，原子核发射出粒子和射线并转变成新的原子核的过程中，不可认为是高速粒子从原子核中打出了粒子.,(1) 放射性同位素的发现1934年，约里奥居里夫妇,具有一样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,互称同位素.有些同位素具有放射性,叫做放射性同位素.天然放射性同位素不过四十多种,而人工制造的放射性同位素已达1 000多种.,3.同位素,放射性同位素放出的射线应用于工业、探 伤、农业、医疗等,(2)放射性同位素的应用,作示踪原子,四、核 能,核子间作用力. 短程强引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的电性无关.,1.核力,2、结合能,由于核子间存在着强大的核力，所以核子,结合,成原子核或原子核,分解,为核子时，都伴随着巨大的能量变化,可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量,叫做原子核的结合能,，,亦称核能,原子核越大，自然它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称作比结合能也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定。,比结合能,中等大小的核的比结合能最大平均每个核子的质量亏损最大，这些核最稳定。,有些重核分裂成中等质量的核放出能量,有些轻核结合成中等质量的核放出能量,获得核能的两个根本途径是重核裂变和轻核聚变,凡具有质量的物体都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：E=mc2；假设原子核质量亏损为m，对应释放的能量为E=mc2.,3.质量亏损,组成原子核的核子与原子核的质量之差叫做质量亏损；需说明的是,任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量和.,4.爱因斯坦质能方程,第一.核反响过程中:核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能,有关问题的理解和本卷须知,原子核分解为核子时,需要,吸收一定能量,核子的总质量,大于,原原子核的质,第三.,质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形式辐射(动质量),因此,质量守恒定律不被破坏.,第四.公式E=mc2 的单位问题,m用“u(原子质量单位),1u=1.66056610-27kg,E用“uc21uc2=931MeV,(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变),第二.核反响过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了一些,第五.核反响中释放或吸收的能量比化学反响中释放或吸收的能量大好几个数量级两者相差数十万倍.,核反响中的能量,核反响,吸收能量,放出能量,核子结合成原子核,有些重核分裂成中等质量的核,有些轻核结合成中等质量的核,2.链式反响：重核裂变时放出几个中子，再引起其他重核裂变而使裂变反响不断进展下去原子弹原理.,五、重核的裂变,1、定义：重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反响过程叫重核的裂变, 1938年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反响方程是：,铀核的裂变,+,+,+,裂变前的质量：,裂变后的：,铀核的裂变,释放出的能量为,(1)裂变过程中能放出巨大的能量,裂变特点：,(2)裂变的产物不是唯一的,(3)裂变的同时能放出23个(或更多个)中子,1kg铀,全部裂变，它放出的能量相当于,2800t,优质煤完全燃烧时释放的能量,铀核裂变时，同时释放出23个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反响不断地进展下去，这种反响叫做链式反响,裂变物质能够发生链式反响的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。,3、临界体积, 原子弹的材料一般为铀-235或钚-239。有中子反射的球形铀-235临界点为15公斤左右，钚-239那么为10公斤左右。,核能的和平利用,解决能源危机根本途径,4、核电站,1核心部件,(核)反响堆：,(nuclear) reactor,人类第一座核反响堆：CP-1的“尊容,用人式方法控制核裂变链式反响速度并获得核能的装置。,2反响堆的组成：,核燃料棒、减速剂、,控制棒、冷却系统、,防护层等。,反响堆,核燃料棒：,核心设施。 浓缩铀制成的铀棒,减速剂：,石墨、重水或普通水，用于减小中子的速度,控制棒：,镉，用于 吸收中子，控制核反响的快慢。,3%-4%的浓缩铀,六、轻核聚变,轻核结合成质量较大的核,叫聚变,。,轻核聚变的核反响方程,使核发生聚变；必须使它们接迈到10-15米，也就是接近到核力能够发生做用的范围。由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须抑制电荷之间的很大斥力作用，这就要使核具有很大的动能。只有在几百万度的高温以上，原子核才有足够的动能抑制相互间的库仑斥力，在碰撞中接近到可以发生聚变的程度。所以这种轻核聚变的反响又叫做热核反响。,氘核的质量：m,D,2.014102u,氚核的质量：m,T,3.016050u,氦核的质量：m,4.002603u,中子的质量：m,n,=1.008665u,一个氘核和一个氚核结合成一个氦核释放17.6MeV能量，平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反响中平均每个核子释放的能量大3 4倍,核聚变的利用氢弹,弹体,引爆装置,小型原子弹,三种炸药：,普通炸药,235,氘、氚,爆炸,裂变,聚变,氘、氚、重氢化钾等,铀235,外壳,普通炸药,氢弹爆炸形成的磨姑云,太阳的中心发生核聚变,，,放出巨大能量，太阳；这个天然的的核聚变过程已经发生了好几十亿年。,核聚变普遍存在于宇宙中,二、可控热核反响核聚变的利用,热核反响,裂变反响,一样的核燃料释放的能量多,反响中放射物质的处理较易,反响中的核燃料资源较丰富,核反响发生条件较易实现,出现故障自动停顿,
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