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第40講　原子核
知識內容 考試要求 說明
原子核的組成 a 1.不要求識記反映三種放射線穿透能力的數據. 2.不要求知道威爾遜云室、氣泡室的工作原理. 3.不要求知道蓋革—米勒計數器的技術細節. 4.不要求了解比結合能概念以及比結合能曲線. 5.不要求了解核電站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚變中的技術問題. 7.不要求識記新粒子以及各種夸克的名稱. 8.不要求識記宇宙與恒星演化的細節.
放射性元素的衰變 c
探測射線的方法 a
放射性的應用與防護 a
核力與結合能 c
核裂變 c
核聚變 c
粒子和宇宙 a
一、原子核的組成
1.天然放射現象
(1)天然放射現象
元素自發地放出射線的現象，首先由貝可勒爾發現.天然放射現象的發現，說明原子核具有復雜的結構.
(2)三種射線
名稱 構成 符號 電離能力 貫穿本領
α射線 氦核 He 最強 最弱
β射線 電子 　e 較弱 較強
γ射線 光子 γ 最弱 最強
2.原子核的組成
(1)原子核由質子(H)和中子(n)組成，質子和中子統稱為核子.質子帶正電，中子不帶電.
(2)基本關系
①核電荷數(Z)＝質子數＝元素的原子序數＝核外電子數.
②質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數.
(3)X元素的原子核的符號為X，其中A表示質量數，Z表示核電荷數.
(4)同位素：具有相同質子數而中子數不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素.
二、放射性元素的衰變
1.原子核的衰變
(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.
(2)分類
α衰變：X→Y＋He
β衰變：X→　Y＋e
當放射性物質連續發生衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時伴隨著γ輻射.
(3)兩個典型的衰變方程
α衰變：U→Th＋He
β衰變：Th→Pa＋e.
2.半衰期
放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系.
三、探測射線的方法
威爾遜云室、氣泡室、蓋革—米勒計數器.
四、放射性的應用與防護
1.應用射線：工業上可以使用射線來測厚度、醫療方面可以放射治療、利用γ射線照射種子來培育優良品種等.
2.示蹤原子：有關生物大分子的結構及其功能的研究，幾乎都要借助于示蹤原子.
3.輻射與安全：人類一直生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有破壞作用.要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染.
五、核裂變
1.典型的裂變反應方程：
U＋n→Kr＋Ba＋3n.
2.鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程.
3.臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積及其相應的質量.
4.裂變的應用：原子彈、核反應堆.
六、核聚變
1.典型的聚變反應方程：
H＋H→He＋n＋17.6 MeV
2.人工轉變：
(1)盧瑟福發現質子：N＋He→O＋H.
(2)查德威克發現中子：Be＋He→C＋n.
命題點一　原子核的衰變及半衰期
1.衰變規律及實質
(1)α衰變、β衰變的比較
衰變類型 α衰變 β衰變
衰變過程 X→Y＋He X→Y＋e
衰變實質 2個質子和2個中子結合成一個整體射出 1個中子轉化為1個質子和1個電子
2H＋2n→He n→H＋e
勻強磁場中 軌跡形狀
衰變規律 電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒
(2)γ射線：γ射線經常伴隨著α衰變或β衰變同時產生.其實質是放射性原子核在發生α衰變或β衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發態)而輻射出光子.
2.確定衰變次數的方法
因為β衰變對質量數無影響，所以先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數.
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原().
(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關.
（2024 海口一模）鈾是核工業中的最重要元素之一，鈾發生衰變產生釷和另一粒子X，X是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：根據質量數守恒和電荷數守恒可得：X的質量數A＝238﹣234＝4，電荷數Z＝92﹣90＝2，據此可知X為氦原子核，故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（2024 金華二模）如圖所示，2023年11月2日，日本東京電力公司啟動第三批福島核污染水排海。核污染水雖然經過“多核素去除設備”（ALPS）處理，但核污染水中的氚（）很難被分離清除，氚會通過食物鏈在人體內累積，對人的傷害將不可估量。其衰變方程為→，半衰期為12.5年，下列說法正確的是（　　）
A．衰變過程核子總質量不變
B．衰變放出的是由原子核外電子受激發而產生
C．受核污染的海產品經過高溫烹煮不能去除其放射性
D．在食物鏈傳遞過程中，其半衰期會逐漸縮短
【解答】解：A、衰變過程中會釋放能量，根據質能方程可知，反應后的質量會減小，故A錯誤；
B、衰變釋放出的電子是由于原子核內的變化產生的，與核外電子無關，故B錯誤；
C、放射性為物理性質，高溫亨煮無法除去，故C正確；
D、半衰期為物理性質，不會隨著食物鏈傳遞而縮短周期的，故D錯誤
故選：C。
（2024 紹興二模）鈉的放射性同位素Na經過一次衰變后產生穩定的鎂（Mg），已知Na的半衰期為15h，將一個放射強度為每秒3.2×104次的Na溶液樣本注射到某病人血液中，45h后從該病人體內抽取6mL的血液，測得其放射強度為每秒5次。下列說法正確的是（　　）
A．該衰變過程為α衰變
B．Na進入到血液后半衰期變長
C．45h后樣本放射強度變為原來的
D．該病人體內血液的總體積約為4.8L
【解答】解：A、根據衰變過程中電荷量和質量數守恒可知該衰變產物為e，為β衰變，故A錯誤；
B、半衰期與外界因素無關，Na進入到血液后半衰期不變，故B錯誤；
C、Na的半衰期為15h，45h＝3×15h，則45h后樣本放射強度變為原來的，故C錯誤；
D、第一次測量時放射強度為每秒3.2×104次，3個半衰期后，每秒鐘衰變次數應為3.2×104×（）3＝4×103（次），現從該病人體內抽取6mL的血液，測得其放射強度為每秒5次，故血液總量應是mL＝4800mL＝4.8L，故D正確。
故選：D。
命題點二　核反應及核反應類型
1.核反應的四種類型
類型 可控性 核反應方程典例
衰變 α衰變 自發 U→Th＋He
β衰變 自發 Th→Pa＋e
人工轉變 人工控制 N＋He→O＋H(盧瑟福發現質子)
He＋Be→C＋n(查德威克發現中子)
Al＋He→P＋n 約里奧－居里夫婦發現放射性同位素，同時發現正電子
P→Si＋e
重核裂變 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
輕核聚變 很難控制 H＋H→He＋n
2.核反應方程式的書寫
(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎.如質子(H)、中子(n)、α粒子
(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等.
(2)掌握核反應方程遵守的規律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向.
(3)核反應過程中質量數守恒、電荷數守恒.
（2024 揭陽二模）2023年4月12日，中國“人造太陽”一全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）成功實現穩態高約束模式等離子體運行403秒，創造了新的世界紀錄，其內部發生的核反應方程為HH→He+X，則（　　）
A．該反應為β衰變
B．X為中子
C．X為質子
D．He的結合能比H的結合能小
【解答】解：根據反應過程滿足質量數和電荷數守恒可知，X為中子；
該反應是質量較小的核合并為質量較大的核，所以該反應為核聚變；
原子序數越大的原子核的結合能越大，則的結合能比的結合能大。故ACD錯誤，B正確。
故選：B。
（2024 鹿城區校級模擬）太陽能源于太陽內部的聚變反應，太陽質量也隨之不斷減少。設每次聚變反應可看作4個氫核結合成1個氦核，太陽每秒鐘輻射的能量約為4.0×1026J，下列說法正確的是（　　）
A．該聚變的核反應方程是H→Hee
B．聚變反應在常溫下也容易發生
C．太陽每秒鐘減少的質量約4.4×109kg
D．目前核電站采用的核燃料主要是氫核
【解答】解：A、根據氫核的聚變過程中，質量數和電荷數守恒可知其反應方程為：H→Hee，故A錯誤；
B、核聚變反應也叫熱核反應，聚變反應必須在很高的溫度下才能發生，溫度要達到幾百萬開爾文才可以，故B錯誤；
B、根據ΔE＝mc2可得太陽每秒鐘減少的質量約為：Δmkg＝4.4×109kg，故C正確；
D、目前核電站采用的核燃料主要是鈾原子核，因為重核裂變反應是可控的，故D錯誤。
故選：C。
（2024 鄭州模擬）2023年12月8日，百億級中核核能產業園簽約落地成都，助力打造國家級核能產業集聚戰略高地。核能是通過核反應從原子核釋放的能量，如氦3與氘核的核反應方程是HeH→xH+ΔE，方程中ΔE為釋放的核能。已知氘核的比結合能為E1，氦核的比結合能為E2。則下列說法中正確的是（　　）
A．該反應為核裂變反應，生成的新核x是He
B．氦4核中有4個質子2個中子，氦4核與氦3核不是互為同位素
C．該反應中氦3的比結合能為
D．該反應生成物的質量數將小于反應物的質量數
【解答】解：A、該反應為核聚變反應，根據質量數守恒和電荷數守恒可知：x的質量數A＝3+2﹣1＝4，核電荷數Z＝2+1﹣1＝2，則x為氦原子核，故A錯誤；
B、氦4核中有2個質子2個中子，氦4核與氦3核互為同位素，故B錯誤；
C、根據能量守恒可得：3E3+2E1+ΔE＝4E2，解得氦3的比結合能，故C正確；
D、核反應前后的質量數守恒，故D錯誤。
故選：C。
命題點三　質量虧損及核能的計算
1.根據核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質量虧損Δm.
2.根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能.
質能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”.
3.ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，對應的能量為931.5 MeV，這個結論可在計算中直接應用.
（2024 撫順三模）放射性同位素熱電機是各種深空探測器中最理想的能量源，它不受溫度及宇宙射線的影響，使用壽命可達十幾年。用大量氘核轟擊時可產生放射性元素，的半衰期為87.74年，含有的化合物核電池的原理是其發生α衰變時將釋放的能量轉化為電能，我國的火星探測車用放射性材料PuO2作為燃料，PuO2中的Pu元素就是，下列判斷正確的是（　　）
A．
B．
C．的比結合能大于的比結合能
D．1kg化合物經過87.74年后剩余0.
【解答】解：A、根據質量數守恒與電荷數守恒可知，大量氘核轟擊時產生的反應方程為，故A錯誤；
B、發生α衰變時的反應方程為，故B錯誤；
C、的比結合能小于的比結合能，故C錯誤；
D、的半衰期為87.74年，則1kg化合物經過87.74年后剩余0.5kg的，故D正確。
故選：D。
（2024 東城區一模）科學家發現一種只由四個中子構成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，用4n表示。“四中子”是通過向液態氫靶上發射8He原子核而產生的，與H碰撞可將一個8He核分裂成一個α粒子和一個“四中子”。由于4He核由四個核子組成，與“四中子”體系很相近，所以早在上個世紀50年代就有人根據4He核的結合能，估算“四中子”的結合能最大約為14MeV，其后有很多實驗對四中子體系進行探測，但多數結論是否定的。2022年，由數十個國家的科學家組成的團隊發現了“四中子態”存在的明確證據。下列有關“四中子”粒子的說法正確的是（　　）
A．可以通過電磁場使4n形成高速粒子束
B．產生“四中子”的核反應為H+8He→4He+4n
C．從核子間相互作用來看，“四中子”與4He核的區別在于是否存在電磁力
D．按上世紀50年代的估算，4個中子結合成“四中子”至多需要吸收14MeV的能量
【解答】解：A、中子不帶電，則“四中子”也不帶電，不能通過電磁場使4n形成高速粒子束，故A錯誤；
B、產生“四中子”的核反應為H+8He→4He+4n+H，故B正確；
C、“四中子”也不帶電，核子間無電磁力，4He中有帶正電的質子，所以“四中子”與4He核的區別在于是否存在電磁力，故C正確；
D、4個中子結合成“四中子”至多釋放14MeV的能量，故D錯誤；
故選：C。
（2024 深圳校級模擬）核能是蘊藏在原子核內部的能量、合理利用核能，可以有效緩解常規能源短缺問題。在鈾核裂變實驗中，核反應方程是Un→BaKr+3X，U核的結合能為E1，Ba核的結合能為E2，Kr核的結合能為E3。則（　　）
A．該核反應過程動量不守恒
B．該核反應方程中的X為n
C．該核反應中釋放的核能為（E1﹣E2﹣E3）
D．該核反應中電荷數守恒，質量數不守恒
【解答】解：A、核反應過程中由于系統不受外力作用，動量一定守恒，故A錯誤；
BD、由核反應的電荷數守恒和質量數守恒可得出，X為n，故B正確，D錯誤；
C、核反應釋放的核能為反應前后的核的結合能之和的差值，釋放的核能為（E2+E3﹣E1），故C錯誤；
故選：B。
（2024 棗莊一模）2023年8月24日，日本福島核電站啟動核污染水排海，核污染水里含高達64種核放射性元素，其中碘129的半衰期為1570萬年，其衰變方程為IXe，下列說法正確的是（　　）
A．核污染水被稀釋后碘129的半衰期變長
B．衰變生成了電子，說明原子核中存在電子
C．X核內的中子數為76
D．I的比結合能小于X的比結合能
【解答】解：A．半衰期由核內部本身的因素決定，與原子所處的物理狀態或化學狀態無關，故經過海水稀釋，原子核的半衰期不變，故A錯誤；
B．衰變過程中的電子是由核內中子轉化為質子釋放出來的，并不是原子核中存在電子，故B錯誤；
C．根據衰變方程的質量數守恒可得：
A＝129
根據衰變方程的電荷數守恒可得
Z＝53+1＝54
則X核內的中子數為
A﹣Z＝75
故C錯誤；
D．衰變過程釋放能量，反應后的比反應前的更穩定，則的比結合能小于的比結合能，故D正確。
故選：D。
（2024 菏澤一模）下列說法正確的是（　　）
A．航天員在月球上能夠輕松背起質量很大的背包，說明背包在月球上的慣性比在地球上時小
B．硼（B）中子俘獲治療是目前最先進的癌癥治療手段之一，治療時先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產生高殺傷力的α粒子和鋰（Li）離子。這個核反應的方程是
C．氫原子從某激發態躍遷到基態，則該氫原子吸收光子，能量減少
D．發生光電效應時，入射光照射時間越長，光電子的最大初動能也就越大
【解答】解：A.航天員在月球上能夠輕松背起質量很大的背包，說明月球表面重力加速度比地球表面重力加速度小，慣性不變。故A錯誤；
B.根據題意以及核反應前后質量數守恒、電荷數守恒得，這個核反應的方程是，故B正確；
C.氫原子從激發態向基態躍遷時，氫原子將輻射光子，放出能量，故C錯誤；
D.金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功，剩下的表現為逸出電子的初動能。所以光電子的最大初動能與光照時間長短無關，故D錯誤；
故選：B。
（2024 天津模擬）2023年4月12日，我國“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創造了新的世界紀錄，成功實現穩定態高約束模式等離子體運行403秒。其內部發生輕核聚變的核反應方程為HH→He+x，釋放出能量，一段時間后測得反應物的質量虧損了Δm，光速為c、下列說法正確的是（　　）
A．x是β粒子，穿透能力強電離能力弱
B．這段時間內，輕核聚變釋放的能量為Δmc2
C．x粒子最早由湯姆孫通過實驗發現的
D．輕核聚變質量虧損，則輕核聚變過程中質量數不守恒
【解答】解：A．根據反應過程滿足質量數和電荷數守恒，可知輕核聚變的核反應方程為，顯然x為中子，故A錯誤；
B．根據愛因斯坦質能方程可知，這段時間內，輕核聚變釋放的能量為ΔE＝Δmc2，故B正確；
C．中子最早是由查德威克通過實驗發現的，故C錯誤；
D．輕核聚變質量虧損，但輕核聚變過程中質量數守恒，故D錯誤。
故選：B。
（2024 通州區模擬）家庭裝修中，不合格的天然大理石有可能釋放出過量的放射性元素氧。氡的衰變曲線如圖，則氡的半衰期為（　　）
A．3.8天 B．7.6天 C．10天 D．17.6天
【解答】解：由圖可知，氡的質量從到衰變剩余的過程中，經歷了t＝17.6天﹣10天＝7.6天，即經過了兩個半衰期，所以半衰期T，故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（2024 龍崗區校級三模）日本于2023年8月24日將福島第一核電站核廢水排入大海，對海洋生態造成惡劣影響。核廢水中含有氚、鍶90、銫137、碘129等放射性元素，其中銫137的半衰期約30年，衰變方程為Cs→Ba+X。下列說法正確的是（　　）
A．X是α粒子
B．X是β粒子
C．衰變過程中質量守恒
D．100個銫137原子核經過30年后一定還有50個未衰變
【解答】解：A．根據質量數守恒和電荷數守恒可知X的質量數為0，電荷數為﹣1，所以X是β粒子，故A錯誤，B正確；
C．衰變過程質量不守恒，因為有質量虧損，故C錯誤；
D．半衰期對少量放射性元素不適用，它是針對大量放射性元素的統計規律，故D錯誤；
故選：B。
（2024 聊城模擬）1947年，美國芝加哥大學教授威拉得 利比首次利用放射性元素C的衰變程度，準確測定了曾經有過生命的有機體的年代。威拉得 利比對于考古學、海洋學和地球科學做出了巨大的貢獻，因此獲得1960年諾貝爾獎。C能自發釋放β射線，衰變方程為，其半衰期約為5730年。下列說法正確的是（　　）
A．新核X比C少一個中子
B．當X數量是C數量的3倍時，C衰變所經歷時間約為17190年
C．隨著文物的出土，文物所在環境溫度升高，會導致β衰變加快，檢測不準
D．衰變產生的β粒子來自C的核外電子
【解答】解：A．根據質量數和電荷數守恒可知，新核X的質量數為14，電荷數為7，則中子數為7，跟C相比，少一個中子，故A正確；
B．根據半衰期公式：N，根據題意可得：，解得t＝2T＝2×5730年＝11460年，故B錯誤。
C．半衰期與外界因素無關，根據題意C衰變所經歷時間約為5730年，該時間并不會改變，故C錯誤；
D．β衰變中生成的電子是一個中子轉化為一個質子同時生成一個電子，而不是來自核外電子，故D錯誤；
故選：A。
（2024 鹽城一模）近期，江南造船集團發布我國首艘熔鹽堆核動力集裝箱船的設計方案，其涉及的核反應包含Th（釷）衰變為Pa（鏷），下列關于此衰變說法正確的是（　　）
A．衰變方程為Th→Pae
B．衰變產生的新核的比結合能變小
C．衰變放出的電子來自于原子的核外電子
D．隨著反應堆溫度升高，會加快釷核的衰變
【解答】解：A.根據質量數和電荷數守恒可知，衰變的方程為Th→Pae，故A正確；
B.衰變時放出核能，產生的新核的比結合能變大，故B錯誤；
C.衰變輻射出的電子來自于中子轉變為質子時釋放出的電子，故C錯誤；
D.外部條件無法改變半衰期，故D錯誤。
故選：A。
（2024 連云港一模）2023年6月，正式試運行的甘肅武威的釷基熔鹽反應堆是我國自主研發的第四代先進核能系統，也是全球首個商業試運行的第四代核反應堆。反應堆中利用釷﹣鈾循環產能，Th（釷核）吸收一個中子后轉化為釷233，經過兩次β衰變后生成易裂變的鈾233。下列選項不正確的是（　　）
A．ThnTh
B．ThUe
C．釷233與釷232是同位素
D．釷233與鈾233是同位素
【解答】解：A、根據核反應的電荷數和質量數守恒可知，釷核吸收一個中子后轉化為釷233的核反應方程為，故A正確；
B、根據核反應的電荷數和質量數守恒可知，釷核經過兩次β衰變后生成易裂變的鈾233，核反應方程為，故B正確；
C、釷233與釷232電荷數一樣，中子數不相同是同位素，故C正確；
D、釷233與鈾233是兩種不同的元素，不是同位素，故D錯誤。
本題選不正確的，
故選：D。
（2024 香坊區校級二模）靜止在O點的C原子核發生衰變的同時，空間中出現如圖所示的勻強電場。之后衰變產物A、B兩粒子的運動軌跡OA、OB如圖虛線所示，不計重力和兩粒子間的相互作用，下列說法正確的是（　　）
A．A粒子為Be粒子
B．C原子核發生的是β衰變
C．兩粒子始終處在同一等勢面上
D．經過相等時間A、B粒子位移比為2：5
【解答】解：AB．根據A、B兩粒子的運動軌跡，可知其所受電場力均與電場方向相同，即兩粒子均帶正電，可知原子核發生的是α衰變，由衰變反應前后質量數與核電荷數守恒可得，衰變后放出α粒子和質量數為10，核電荷數為4的粒子，即為。
又有衰變過程動量守恒，則mAvA﹣mBvB＝0
可知，質量越大，速度越小，即的初速度小于α粒子的初速度，粒子在電場中做類平拋運動，則有x＝vt，
解得
根據圖像可知，當豎直分位移大小相等時，的初速度小，電荷量多，則水平分位移小一些，可知A粒子為Be粒子，故A正確，B錯誤；
C．根據上述有
可知，若時間相等，的比荷小于α粒子的比荷，即經歷相等時間，的豎直分位移小于α粒子的豎直分位移，勻強電場等勢面與電場線垂直，即兩粒子飛出后不在同一等勢面上，故C錯誤；
D．根據上述有x＝vt，規定vA的方向為正方向，由動量守恒得mAvA﹣mBvB＝0
解得，經過相等時間A、B粒子水平分位移比vAt：vBt
可知，經歷相等時間A、B粒子水平分位移比為2：5，位移之比并不等于2：5，故D錯誤。
故選：A。
（2024 如皋市二模）“玉兔二號”裝有我國自主研發的放射性钚電池，其發生α衰變后的產物是鈾并放出能量。下列說法中正確的是（　　）
A．鈾234原子核內質子數比中子數多50個
B．α衰變的實質是核內的兩個中子和兩個質子轉化成了一個α粒子
C．衰變后鈾234的質量與α粒子的質量之和等于衰變前钚238的質量
D．充分利用太陽能加熱核電池可以加快钚238的衰變
【解答】解：A、鈾234中的中子數為234﹣92＝142，鈾原子核內質子數比中子數少142﹣92＝50個，故A錯誤；
B、α衰變的實質是核內的兩個中子和兩個質子轉化成了一個α粒子，故B正確；
C、由于衰變中有質量虧損所以衰變后原子核的質量與粒子的質量之和小于衰變前钚238的質量，故C錯誤；
D、放射性元素的半衰期與其環境無關，故D錯誤。
故選：B。
（2024 石家莊二模）2023年12月，新一代人造太陽“中國環流三號”面向全球開放。“人造太陽”內部發生的一種核反應方程為HHHe+X，已知的比結合能為E1，H的比結合能為E2，He的比結合能為E3，光在真空中的傳播速度為c。下列說法正確的是（　　）
A．核反應方程中X為電子
B．He的比結合能小于H的比結合能
C．核反應吸收的能量為E3﹣（E1+E2）
D．核反應中的質量虧損為
【解答】解：A．根據質量數與電荷數守恒可知X的質量數A＝2+3﹣4＝1，電荷數z＝1+1﹣2＝0，所以X為，故A錯誤；
B．反應過程中釋放大量熱量，則總結合能增大，的比結合能大于的比結合能，故B錯誤；
CD．核反應放出的能量為ΔE＝4E3﹣（2E1+3E2）
由能量守恒可得
解得
故C錯誤，D正確。
故選：D。第40講　原子核
知識內容 考試要求 說明
原子核的組成 a 1.不要求識記反映三種放射線穿透能力的數據. 2.不要求知道威爾遜云室、氣泡室的工作原理. 3.不要求知道蓋革—米勒計數器的技術細節. 4.不要求了解比結合能概念以及比結合能曲線. 5.不要求了解核電站的工作流程. 6.不要求知道受控核聚變中的技術問題. 7.不要求識記新粒子以及各種夸克的名稱. 8.不要求識記宇宙與恒星演化的細節.
放射性元素的衰變 c
探測射線的方法 a
放射性的應用與防護 a
核力與結合能 c
核裂變 c
核聚變 c
粒子和宇宙 a
一、原子核的組成
1.天然放射現象
(1)天然放射現象
元素自發地放出射線的現象，首先由貝可勒爾發現.天然放射現象的發現，說明原子核具有復雜的結構.
(2)三種射線
名稱 構成 符號 電離能力 貫穿本領
α射線 氦核 He 最強 最弱
β射線 電子 　e 較弱 較強
γ射線 光子 γ 最弱 最強
2.原子核的組成
(1)原子核由質子(H)和中子(n)組成，質子和中子統稱為核子.質子帶正電，中子不帶電.
(2)基本關系
①核電荷數(Z)＝質子數＝元素的原子序數＝核外電子數.
②質量數(A)＝核子數＝質子數＋中子數.
(3)X元素的原子核的符號為X，其中A表示質量數，Z表示核電荷數.
(4)同位素：具有相同質子數而中子數不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置，它們互稱為同位素.
二、放射性元素的衰變
1.原子核的衰變
(1)原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變.
(2)分類
α衰變：X→Y＋He
β衰變：X→　Y＋e
當放射性物質連續發生衰變時，原子核中有的發生α衰變，有的發生β衰變，同時伴隨著γ輻射.
(3)兩個典型的衰變方程
α衰變：U→Th＋He
β衰變：Th→Pa＋e.
2.半衰期
放射性元素衰變的快慢是由核內部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關系.
三、探測射線的方法
威爾遜云室、氣泡室、蓋革—米勒計數器.
四、放射性的應用與防護
1.應用射線：工業上可以使用射線來測厚度、醫療方面可以放射治療、利用γ射線照射種子來培育優良品種等.
2.示蹤原子：有關生物大分子的結構及其功能的研究，幾乎都要借助于示蹤原子.
3.輻射與安全：人類一直生活在放射性的環境中，過量的射線對人體組織有破壞作用.要防止放射性物質對水源、空氣、用具等的污染.
五、核裂變
1.典型的裂變反應方程：
U＋n→Kr＋Ba＋3n.
2.鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續下去的過程.
3.臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發生鏈式反應的最小體積及其相應的質量.
4.裂變的應用：原子彈、核反應堆.
六、核聚變
1.典型的聚變反應方程：
H＋H→He＋n＋17.6 MeV
2.人工轉變：
(1)盧瑟福發現質子：N＋He→O＋H.
(2)查德威克發現中子：Be＋He→C＋n.
命題點一　原子核的衰變及半衰期
1.衰變規律及實質
(1)α衰變、β衰變的比較
衰變類型 α衰變 β衰變
衰變過程 X→Y＋He X→Y＋e
衰變實質 2個質子和2個中子結合成一個整體射出 1個中子轉化為1個質子和1個電子
2H＋2n→He n→H＋e
勻強磁場中 軌跡形狀
衰變規律 電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒
(2)γ射線：γ射線經常伴隨著α衰變或β衰變同時產生.其實質是放射性原子核在發生α衰變或β衰變的過程中，產生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發態)而輻射出光子.
2.確定衰變次數的方法
因為β衰變對質量數無影響，所以先由質量數的改變確定α衰變的次數，然后再根據衰變規律確定β衰變的次數.
3.半衰期
(1)公式：N余＝N原()，m余＝m原().
(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(如溫度、壓強)或化學狀態(如單質、化合物)無關.
（2024 海口一模）鈾是核工業中的最重要元素之一，鈾發生衰變產生釷和另一粒子X，X是（　　）
A． B． C． D．
（2024 金華二模）如圖所示，2023年11月2日，日本東京電力公司啟動第三批福島核污染水排海。核污染水雖然經過“多核素去除設備”（ALPS）處理，但核污染水中的氚（）很難被分離清除，氚會通過食物鏈在人體內累積，對人的傷害將不可估量。其衰變方程為→，半衰期為12.5年，下列說法正確的是（　　）
A．衰變過程核子總質量不變
B．衰變放出的是由原子核外電子受激發而產生
C．受核污染的海產品經過高溫烹煮不能去除其放射性
D．在食物鏈傳遞過程中，其半衰期會逐漸縮短
（2024 紹興二模）鈉的放射性同位素Na經過一次衰變后產生穩定的鎂（Mg），已知Na的半衰期為15h，將一個放射強度為每秒3.2×104次的Na溶液樣本注射到某病人血液中，45h后從該病人體內抽取6mL的血液，測得其放射強度為每秒5次。下列說法正確的是（　　）
A．該衰變過程為α衰變
B．Na進入到血液后半衰期變長
C．45h后樣本放射強度變為原來的
D．該病人體內血液的總體積約為4.8L
命題點二　核反應及核反應類型
1.核反應的四種類型
類型 可控性 核反應方程典例
衰變 α衰變 自發 U→Th＋He
β衰變 自發 Th→Pa＋e
人工轉變 人工控制 N＋He→O＋H(盧瑟福發現質子)
He＋Be→C＋n(查德威克發現中子)
Al＋He→P＋n 約里奧－居里夫婦發現放射性同位素，同時發現正電子
P→Si＋e
重核裂變 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
輕核聚變 很難控制 H＋H→He＋n
2.核反應方程式的書寫
(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應方程的基礎.如質子(H)、中子(n)、α粒子
(He)、β粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等.
(2)掌握核反應方程遵守的規律，是正確書寫核反應方程或判斷某個核反應方程是否正確的依據，由于核反應不可逆，所以書寫核反應方程式時只能用“→”表示反應方向.
(3)核反應過程中質量數守恒、電荷數守恒.
（2024 揭陽二模）2023年4月12日，中國“人造太陽”一全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）成功實現穩態高約束模式等離子體運行403秒，創造了新的世界紀錄，其內部發生的核反應方程為HH→He+X，則（　　）
A．該反應為β衰變
B．X為中子
C．X為質子
D．He的結合能比H的結合能小
（2024 鹿城區校級模擬）太陽能源于太陽內部的聚變反應，太陽質量也隨之不斷減少。設每次聚變反應可看作4個氫核結合成1個氦核，太陽每秒鐘輻射的能量約為4.0×1026J，下列說法正確的是（　　）
A．該聚變的核反應方程是H→Hee
B．聚變反應在常溫下也容易發生
C．太陽每秒鐘減少的質量約4.4×109kg
D．目前核電站采用的核燃料主要是氫核
（2024 鄭州模擬）2023年12月8日，百億級中核核能產業園簽約落地成都，助力打造國家級核能產業集聚戰略高地。核能是通過核反應從原子核釋放的能量，如氦3與氘核的核反應方程是HeH→xH+ΔE，方程中ΔE為釋放的核能。已知氘核的比結合能為E1，氦核的比結合能為E2。則下列說法中正確的是（　　）
A．該反應為核裂變反應，生成的新核x是He
B．氦4核中有4個質子2個中子，氦4核與氦3核不是互為同位素
C．該反應中氦3的比結合能為
D．該反應生成物的質量數將小于反應物的質量數
命題點三　質量虧損及核能的計算
1.根據核反應方程，計算出核反應前與核反應后的質量虧損Δm.
2.根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能.
質能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”.
3.ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位用“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算ΔE，此時ΔE的單位為“MeV”，即1 u＝1.660 6×10－27 kg，對應的能量為931.5 MeV，這個結論可在計算中直接應用.
（2024 撫順三模）放射性同位素熱電機是各種深空探測器中最理想的能量源，它不受溫度及宇宙射線的影響，使用壽命可達十幾年。用大量氘核轟擊時可產生放射性元素，的半衰期為87.74年，含有的化合物核電池的原理是其發生α衰變時將釋放的能量轉化為電能，我國的火星探測車用放射性材料PuO2作為燃料，PuO2中的Pu元素就是，下列判斷正確的是（　　）
A．
B．
C．的比結合能大于的比結合能
D．1kg化合物經過87.74年后剩余0.
（2024 東城區一模）科學家發現一種只由四個中子構成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，用4n表示。“四中子”是通過向液態氫靶上發射8He原子核而產生的，與H碰撞可將一個8He核分裂成一個α粒子和一個“四中子”。由于4He核由四個核子組成，與“四中子”體系很相近，所以早在上個世紀50年代就有人根據4He核的結合能，估算“四中子”的結合能最大約為14MeV，其后有很多實驗對四中子體系進行探測，但多數結論是否定的。2022年，由數十個國家的科學家組成的團隊發現了“四中子態”存在的明確證據。下列有關“四中子”粒子的說法正確的是（　　）
A．可以通過電磁場使4n形成高速粒子束
B．產生“四中子”的核反應為H+8He→4He+4n
C．從核子間相互作用來看，“四中子”與4He核的區別在于是否存在電磁力
D．按上世紀50年代的估算，4個中子結合成“四中子”至多需要吸收14MeV的能量
（2024 深圳校級模擬）核能是蘊藏在原子核內部的能量、合理利用核能，可以有效緩解常規能源短缺問題。在鈾核裂變實驗中，核反應方程是Un→BaKr+3X，U核的結合能為E1，Ba核的結合能為E2，Kr核的結合能為E3。則（　　）
A．該核反應過程動量不守恒
B．該核反應方程中的X為n
C．該核反應中釋放的核能為（E1﹣E2﹣E3）
D．該核反應中電荷數守恒，質量數不守恒
（2024 棗莊一模）2023年8月24日，日本福島核電站啟動核污染水排海，核污染水里含高達64種核放射性元素，其中碘129的半衰期為1570萬年，其衰變方程為IXe，下列說法正確的是（　　）
A．核污染水被稀釋后碘129的半衰期變長
B．衰變生成了電子，說明原子核中存在電子
C．X核內的中子數為76
D．I的比結合能小于X的比結合能
（2024 菏澤一模）下列說法正確的是（　　）
A．航天員在月球上能夠輕松背起質量很大的背包，說明背包在月球上的慣性比在地球上時小
B．硼（B）中子俘獲治療是目前最先進的癌癥治療手段之一，治療時先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產生高殺傷力的α粒子和鋰（Li）離子。這個核反應的方程是
C．氫原子從某激發態躍遷到基態，則該氫原子吸收光子，能量減少
D．發生光電效應時，入射光照射時間越長，光電子的最大初動能也就越大
（2024 天津模擬）2023年4月12日，我國“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）創造了新的世界紀錄，成功實現穩定態高約束模式等離子體運行403秒。其內部發生輕核聚變的核反應方程為HH→He+x，釋放出能量，一段時間后測得反應物的質量虧損了Δm，光速為c、下列說法正確的是（　　）
A．x是β粒子，穿透能力強電離能力弱
B．這段時間內，輕核聚變釋放的能量為Δmc2
C．x粒子最早由湯姆孫通過實驗發現的
D．輕核聚變質量虧損，則輕核聚變過程中質量數不守恒
（2024 通州區模擬）家庭裝修中，不合格的天然大理石有可能釋放出過量的放射性元素氧。氡的衰變曲線如圖，則氡的半衰期為（　　）
A．3.8天 B．7.6天 C．10天 D．17.6天
（2024 龍崗區校級三模）日本于2023年8月24日將福島第一核電站核廢水排入大海，對海洋生態造成惡劣影響。核廢水中含有氚、鍶90、銫137、碘129等放射性元素，其中銫137的半衰期約30年，衰變方程為Cs→Ba+X。下列說法正確的是（　　）
A．X是α粒子
B．X是β粒子
C．衰變過程中質量守恒
D．100個銫137原子核經過30年后一定還有50個未衰變
（2024 聊城模擬）1947年，美國芝加哥大學教授威拉得 利比首次利用放射性元素C的衰變程度，準確測定了曾經有過生命的有機體的年代。威拉得 利比對于考古學、海洋學和地球科學做出了巨大的貢獻，因此獲得1960年諾貝爾獎。C能自發釋放β射線，衰變方程為，其半衰期約為5730年。下列說法正確的是（　　）
A．新核X比C少一個中子
B．當X數量是C數量的3倍時，C衰變所經歷時間約為17190年
C．隨著文物的出土，文物所在環境溫度升高，會導致β衰變加快，檢測不準
D．衰變產生的β粒子來自C的核外電子
（2024 鹽城一模）近期，江南造船集團發布我國首艘熔鹽堆核動力集裝箱船的設計方案，其涉及的核反應包含Th（釷）衰變為Pa（鏷），下列關于此衰變說法正確的是（　　）
A．衰變方程為Th→Pae
B．衰變產生的新核的比結合能變小
C．衰變放出的電子來自于原子的核外電子
D．隨著反應堆溫度升高，會加快釷核的衰變
（2024 連云港一模）2023年6月，正式試運行的甘肅武威的釷基熔鹽反應堆是我國自主研發的第四代先進核能系統，也是全球首個商業試運行的第四代核反應堆。反應堆中利用釷﹣鈾循環產能，Th（釷核）吸收一個中子后轉化為釷233，經過兩次β衰變后生成易裂變的鈾233。下列選項不正確的是（　　）
A．ThnTh
B．ThUe
C．釷233與釷232是同位素
D．釷233與鈾233是同位素
（2024 香坊區校級二模）靜止在O點的C原子核發生衰變的同時，空間中出現如圖所示的勻強電場。之后衰變產物A、B兩粒子的運動軌跡OA、OB如圖虛線所示，不計重力和兩粒子間的相互作用，下列說法正確的是（　　）
A．A粒子為Be粒子
B．C原子核發生的是β衰變
C．兩粒子始終處在同一等勢面上
D．經過相等時間A、B粒子位移比為2：5
（2024 如皋市二模）“玉兔二號”裝有我國自主研發的放射性钚電池，其發生α衰變后的產物是鈾并放出能量。下列說法中正確的是（　　）
A．鈾234原子核內質子數比中子數多50個
B．α衰變的實質是核內的兩個中子和兩個質子轉化成了一個α粒子
C．衰變后鈾234的質量與α粒子的質量之和等于衰變前钚238的質量
D．充分利用太陽能加熱核電池可以加快钚238的衰變
（2024 石家莊二模）2023年12月，新一代人造太陽“中國環流三號”面向全球開放。“人造太陽”內部發生的一種核反應方程為HHHe+X，已知的比結合能為E1，H的比結合能為E2，He的比結合能為E3，光在真空中的傳播速度為c。下列說法正確的是（　　）
A．核反應方程中X為電子
B．He的比結合能小于H的比結合能
C．核反應吸收的能量為E3﹣（E1+E2）
D．核反應中的質量虧損為

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