| 考点 | 辽宁常见考法 | 热度 | 标签 |
|---|---|---|---|
| 三种射线性质 | 本质、电离/穿透、电磁场偏转 | ★★★★ | 必考重点 |
| 核反应方程配平 | α/β衰变、裂变聚变方程补全粒子 | ★★★★★ | 模型难点 |
| 半衰期 | 统计规律、N=N₀(½)^(t/τ)半定量 | ★★★★ | 必考重点 |
| 结合能与质量亏损 | ΔE=Δmc²、比结合能曲线 | ★★★★ | 模型难点 |
| 核裂变与链式反应 | 铀235、中子、临界体积、核电站 | ★★★★ | 必考重点 |
| 核聚变 | 轻核热核反应、太阳、可控聚变 | ★★★★ | 科技热点 |
| 核技术应用与防护 | 测年、探伤、放疗、示踪、安全 | ★★ | 了解 |
测古生物遗骸中碳-14与碳-12的比例,就能推断它死亡了多久——原子核的"衰变时钟"。
→ 半衰期
辽宁红沿河核电站把铀核裂变释放的能量转化为电能,一块"核燃料"能量相当于几列车煤。
→ 裂变与链式反应
EAST装置让氘氚在上亿摄氏度聚变成氦,模拟太阳发光机制,追求未来清洁能源。
→ 核聚变
放射源放出的看不见"射线"在云室留下径迹;γ射线可给金属工件探伤、给肿瘤放疗。
→ 三种射线与应用
| 射线 | 本质 | 电荷 | 电离本领 | 穿透本领 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| α射线 | 高速氦核流 ⁴₂He | +2e | 最强 | 最弱(一张纸挡住) | 空气中行程仅几厘米 |
| β射线 | 高速电子流 ⁰₋₁e | −e | 次之 | 较强(几毫米铝板) | 速度接近光速 |
| γ射线 | 高频电磁波(光子流) | 0 | 最弱 | 最强(需厚铅板/混凝土) | 常伴随α、β衰变产生 |
中等质量核比结合能最大(最稳定)。重核(如铀)裂变成两个中等核、轻核(如氘氚)聚变成稍重核,产物核子平均质量更小,都发生质量亏损,按ΔE=Δmc²释放能量。质量数守恒不等于"质量不亏损"——亏损的是静质量,转化为释放的能量。
| 类型 | 方程示例 | 配平检验 |
|---|---|---|
| α衰变 | ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He | A:238=234+4;Z:92=90+2 |
| β衰变 | ²³⁴₉₀Th → ²³⁴₉₁Pa + ⁰₋₁e | A:234=234+0;Z:90=91−1 |
| 裂变 | ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3¹₀n | A:236=141+92+3;Z:92=56+36 |
| 聚变 | ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n | A:5=4+1;Z:2=2+0 |
| 比较 | 裂变 | 聚变 |
|---|---|---|
| 燃料 | 铀235等重核 | 氘、氚等轻核 |
| 条件 | 中子轰击、达临界体积 | 上亿摄氏度高温 |
| 控制 | 已可控(核电站) | 商用可控尚未实现 |
| 废料 | 强放射性废料,处理难 | 放射性废物少,较清洁 |
把放射性元素加热或压成化合物,它的半衰期会变短。
半衰期由原子核内部自身结构决定,外界温度、压强以及元素以单质还是化合物存在都无法改变它。改变化学状态只动核外电子,动不了原子核。
经过两个半衰期,放射性原子核就全部衰变完了。
每个半衰期只有当时剩余核数的一半衰变:剩(½)²=¼,衰变了¾;再经过τ剩⅛……永远按比例减半(统计意义)。"经过2τ衰变完"是把两个"一半"简单相加的错误。
核反应中质量数守恒,所以反应前后质量完全相等,没有质量亏损。
质量数(核子数A)守恒,但静质量不守恒:核子在不同核中平均质量不同,反应后静质量亏损Δm转化为能量ΔE=Δmc²(动能、γ光子等)。守恒的是"质能总和",不是静质量。
α射线穿透最强,要用厚铅板防护。
α粒子质量大、电荷多,电离最强但穿透最弱,一张纸/皮肤角质层即可挡住(体内吸入危害大);γ射线穿透最强,才需要厚铅板或混凝土。β穿透居中。
核电站和原子弹一样会发生核爆炸。
核电站用低浓缩铀(约3%的²³⁵U,武器级需90%以上)且控制棒、减速剂使链式反应保持在可控的临界状态,结构上不可能发生核弹式爆炸;严重事故是堆芯熔毁和放射性泄漏,性质不同。
聚变已经像裂变一样大规模用来发电。
聚变需要上亿度高温且难以约束,可控核聚变尚未实现商用发电(EAST等装置在持续突破)。目前只有裂变用于核电站;太阳发光、氢弹爆炸是天然/不可控的聚变。
原子核自发放出α/β/γ(天然放射性)→ 核由质子中子组成、核力维系 → 核子结合有质量亏损ΔE=Δmc²、中等核最稳定 → 重核裂变(链式反应/核电站)与轻核聚变(热核反应/人造太阳)都放能 → 方程配平靠质量数+电荷数守恒
辽宁高考选择/计算常考:①给核反应方程判粒子X(两条守恒)、判反应类型;②半衰期剩余质量/经几个τ(碳-14测年情境);③质量亏损简单计算(给Δm或u)并比较裂变聚变放能;④三种射线在电磁场偏转、性质排序;⑤以核电站、EAST、北斗同位素电池为背景做概念辨析。注意衰变方程中β粒子电荷数−1参与守恒。
| 说法 | 判断 | 说明 |
|---|---|---|
| 半衰期随温度、压强改变 | ✗ | 由核内部决定 |
| 经过2τ核全部衰变 | ✗ | 剩1/4 |
| 质量数守恒=静质量守恒 | ✗ | 有质量亏损,质能守恒 |
| α穿透最强 | ✗ | γ最强、α最弱 |
| β衰变中电子来自核外 | ✗ | 核内中子转化而来 |
| 核电站可像核弹爆炸 | ✗ | 低浓缩、可控,结构上不能 |
| 比结合能越大核越不稳定 | ✗ | 比结合能越大越稳定 |
威尔逊云室中射线使过饱和蒸气电离,离子成为凝结核形成可见雾滴径迹:α粒子质量大不易偏、径迹直而粗;β粒子质量小、径迹细且弯曲;γ电离本领弱通常不直接留下径迹。盖革-米勒计数器利用射线电离气体产生脉冲电流计数(只计数、不能区分射线种类)。
用大量相同硬币(或骰子)模拟:每轮将所有硬币抛掷,"国徽朝上"者视为衰变移除,统计每轮剩余数。由于单枚硬币朝向随机、无法预测,但大量硬币每轮约剩一半,得到类似半衰期的指数曲线,帮助理解"统计规律只适用于大量事件、不能预言个别核"。
某放射性元素半衰期为8天,现有该元素样品64g。求:(1)经过24天后,未衰变的元素还剩多少克?(2)这段时间内衰变掉的质量是多少?(3)经过24天,已衰变的原子核数占原有核数的百分比。
答案:(1)8g;(2)56g;(3)87.5%
某次核反应中发生质量亏损Δm=0.20u(1u≈1.66×10⁻²⁷kg,c=3.0×10⁸m/s,1eV=1.6×10⁻¹⁹J)。求:(1)该反应释放的能量ΔE为多少焦;(2)合多少MeV(1MeV=10⁶eV)。
答案:(1)约2.99×10⁻¹¹J;(2)约1.9×10²MeV(186MeV)
(多选)下列核反应方程中,X代表中子(¹₀n)的是( )
答案:BCD
(多选)我国"人造太阳"EAST装置通过氘氚聚变追求清洁能源,核电站则利用铀核裂变发电。下列说法正确的是( )
答案:ABD