核反应：重核裂变与核能释放

【知识梳理】

1.核反应

在核物理学中，核反应指原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒.

2.重核裂变

（1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.

（2）特点：

①裂变过程中能够放出巨大的能量；

②裂变的同时能够放出2～3（或更多）个中子；

③裂变的产物不是唯一的.对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小.

（3）典型的裂变反应方程：

（4）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.

（5）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.

（6）裂变的应用：原子弹、核反应堆.

（7）反应堆构造：核燃料、慢化剂、镉棒、防护层.

3.轻核聚变

（1）定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程.轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应.

（2）特点：

①聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大3～4倍；

②聚变反应比裂变反应更剧烈；

③对环境污染较少；

④自然界中聚变反应原料丰富.

（3）典型的聚变反应方程：

4.核能

核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核的结合能，亦称核能.

5.质能方程、质量亏损

（1）爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”.

（2）根据ΔE=Δm×931.5MeV计算.因1原子质量单位（u）相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”.

（3）根据核子比结合能来计算核能：

原子核的结合能=核子比结合能×核子数.

6.核反应的四种类型总结

【例题与变式】

例题.（多选）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（　）.

A.3.7MeV　B.3.3MeVC.2.7MeV　D.0.93MeV(https://www.xing528.com)

B.核反应过程中，系统动量守恒

C.核反应过程中，系统能量不守恒

D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和

E.硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致

3.（2014·新课标全国卷Ⅰ）（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是（　）.

A.所有元素都可能发生衰变

B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

D.α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强

E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线

4.（2016·全国卷Ⅱ）在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是_______，属于β衰变的是_______，属于裂变的是　，属于聚变的是_______.（填正确答案标号）

A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能

B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小

C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间

D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量

练　习

1.（多选）关于天然放射性，下列说法正确的是（　）.

A.所有元素都可能发生衰变

B.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

C.α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强

D.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线

2.（多选）如图所示，使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场，按图中标号判断（　）.

A.1的穿透本领最强　

B.2的速度最大

C.3的电离本领最大

D.1是由原子放出的，2、3不是

A.0.25g，α粒子　B.0.75g，α粒子　

C.0.25g，β粒子　D.0.75g，β粒子

4.若元素A的半衰期为4天，元素B的半衰期为5天，则相同质量的A和B，经过20天后，剩下的质量之比mA∶mB为（　）.

A.30∶31　B.31∶30C.1∶2　D.2∶1

A.X是中子　B.Y的质子数是3，中子数是6

C.两个核反应都没有质量亏损　D.氘和氚的核反应是核聚变反应