1、第五章原子核第五章原子核 一、核废料污染与防护科学态度与责任的培养 新能源是 21 世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。 核能是一种相 对高效、清洁的新能源，是煤、石油等能源的有效替代品。但核废料放出的射线 通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。尤其是在发生自 然灾害时，核电站受损后会泄漏部分放射性物质，对环境造成污染。因此在核设 施的建造，核废料的处理上都要采取严格的安全措施。 例 1 (多选)日本福岛第一核电站在地震后，数秒内就将控制棒插入核反应堆芯， 终止了铀的裂变链式反应。 但海啸摧毁了机组的冷却系统， 因裂变遗留的产物铯、 钡等继续衰变不断释放能量，核燃
2、料棒温度不断上升，对周边环境产生了巨大的 危害。则下列说法正确的是( ) A.控制棒通过吸收中子来实现对核反应的控制 B.日本后来向反应堆灌注海水，可以降温，但大量的被污染的海水外泄，对周边 环境产生了巨大的危害 C.核裂变遗留物铯、钡等原子的质量可能比铀原子质量大 D.核泄漏中放射性物质对人类是有害的 解析 控制棒通过吸收中子来实现对核反应速度的控制，选项 A 正确；日本后来 向反应堆灌注海水，大量的被污染的海水外泄，泄漏中放射性物质对周边环境产 生了巨大的危害，选项 B、D 正确；因为核反应有能量释放，可知铯、钡等原子 的质量比铀原子质量小，故选项 C 错误。 答案 ABD 素养提升练 1
3、 (多选)14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约 5 700 年。已知植物 存活期间， 其体内 14N 与12C 的比例不变； 生命活动结束后，14C 的比例持续减少。 现通过测量得知， 某古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。 下列说法正确的是( ) A.该古木的年代距今约 5 700 年 B.12C、13C、14C 具有相同的中子数 C.14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线 D.增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变 解析 古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，说明该古木 样品中 14C 有半数发生衰变，由于其半衰期约 5 70
4、0 年，可推断该古木样品距今 约 5 700 年，故 A 项正确；12C、13C、14C 为同位素，具有相同的质子数，由于质 量数不同，故中子数不同，故 B 项错误；14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线， 为 衰变，故 C 项正确；半衰期由原子核内部因素决定，与温度、压强等外界因 素无关，故 D 项错误。 答案 AC 二、“形异质同”类问题比较思维能力的培养 两类核衰变在磁场中的径迹 静止核在磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，衰变时两圆外切，衰变时两 圆内切，根据动量守恒 m1v1m2v2和 rmv qB知，半径小的为新核，半径大的为 粒子或 粒子，其特点对比如下表： 衰 变 A ZXA
5、 4 Z2Y42He 匀强磁场中轨迹 两圆外切， 粒 子半径大 衰 变 A ZX A Z1Y 0 1e 匀强磁场中轨迹 两圆内切， 粒 子半径大 例 2 一个静止的放射性同位素的原子核30 15P 衰变为3014Si，另一个静止的天然放射 性元素的原子核234 90Th衰变为234 91Pa， 在同一磁场中， 得到衰变后粒子的运动径迹1、 2、3、4，如图所示，则这四条径迹依次是( ) A.电子、234 91Pa、3014Si、正电子 B.234 91Pa、电子、正电子、3014Si C.30 14Si、正电子、电子、234 91Pa D.正电子、30 14Si、234 91Pa、电子 解析
6、30 15P3014Si 0 1e(正电子)，产生的两个粒子，都带正电，应是外切圆，由 Rmv qB知， 电荷量大的半径小， 故 3 是正电子， 4 是 30 14Si。 234 90Th234 91Pa 0 1e(电子)， 产生的两个粒子，一个带正电，一个带负电，应是内切圆，由 Rmv qB知，电荷量 大的半径小，故 1 是234 91Pa，2 是电子，故 B 项正确。答案 B 素养提升练 2.实验观察到，静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生 衰变，衰变产生的新核与 电子恰在纸面内做匀速圆周运动。运动方向和轨迹示意图如图，则( ) A.轨迹 1 是电子的，磁场方向垂直纸面向外 B.轨迹 2
7、是电子的，磁场方向垂直纸面向外 C.轨迹 1 是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D.轨迹 2 是新核的，磁场方向垂直纸面向里 解析 根据动量守恒定律，原子核发生 衰变后产生的新核与电子的动量大小相 等，设为 p，根据 qvBmv 2 r ，得轨道半径 rmv qB p qB，故电子的轨迹半径较大， 即轨迹 1 是电子的，轨迹 2 是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向 里，选项 D 正确。 答案 D 3.如图甲所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为 v07.7104 m/s 的中 子而发生核反应，即63Li10n31H42He，若已知42He 的速度 v22.0104 m/s
8、，其 方向与反应前中子速度方向相同，试求： (1)31H 的速度大小和方向； (2)在图乙中，已画出并标明两粒子的运动轨迹，请计算出轨道半径之比； (3)当42He 旋转三周时，粒子31H 旋转几周？ 解析 (1)反应前、后动量守恒：m0v0m1v1m2v2(v1为氚核速度，m0、m1、m2 分别代表中子、氚核、氦核质量) 代入数值可解得：v11.0103 m/s，方向与 v0相反。 (2)31H 和42He 在磁场中均受洛伦兹力，做匀速圆周运动的半径之比 r1r2m1v1 q1B m2v2 q2B 340。 (3)31H 和42He 做匀速圆周运动的周期之比 T1T22m1 q1B 2m2 q2B 32 所以它们的旋转周数之比：n1n2T2T123， 即42He 旋转 3 周，31H 旋转 2 周。 答案 (1)1.0103 m/s，方向与 v0相反 (2)340 (3)2 周