【知识点详解】
1. **核衰变和核反应类型**:核衰变包括α衰变、β衰变和γ衰变。α衰变是原子核释放出α粒子(氦原子核He),例如C+He是α衰变。β衰变是原子核放出电子或正电子,如Pa→U+e是β衰变。核反应则包括核聚变和核裂变。核聚变是轻核结合成质量更大的核,如H+H→He+γ是核聚变。核裂变是重核分裂成两个中等质量的核,如UnBaKr+aX。
2. **裂变过程**:裂变通常涉及重元素如铀(Un)分裂,产生中子(n)和其他核素,例如Ba和Kr。在裂变反应UnBaKr+n中,X代表中子,a为3,表示有三个中子产生。
3. **链式反应**:在核反应堆中,重核裂变时会释放中子,这些中子可以引发其他重核的裂变,形成链式反应。维持这种反应的关键在于中子的数量和速度,中子必须足够慢才能被其他核捕获并引发新的裂变,这个过程需要减速剂,如重水或石墨。
4. **减速剂的作用**:重水和石墨都可以作为中子减速剂。通过弹性碰撞模型,可以计算出中子与重水或石墨靶核碰撞后的速度变化。重水中的减速效果更好,因为它使得中子减速后的速度更小。
5. **正电子和原子核轨迹**:放射性同位素衰变时,正电子和新核的运动轨迹受到洛伦兹力的影响,形成外切圆。根据动量守恒和动量与半径的关系,正电子的轨迹半径大于新核的轨迹半径。
6. **核反应方程**:核反应方程需要满足质量数和电荷数守恒。在给定的裂变方程中,X原子核的质子数等于原有核的质子数减去裂变产物的质子数,而中子数等于质量数差。因此,X原子核的质子数为54,中子数为54-54=0。
7. **裂变能量**:核裂变时释放的能量来源于质量亏损,这是由爱因斯坦的质能方程E=mc²体现的,裂变时质量亏损转化为能量,但总质量数保持不变。
8. **核物理概念**:
- A选项错误,天然放射现象说明原子核内部的复杂性,而非核式结构。
- B选项错误,半衰期是统计规律,无法预测具体原子核何时衰变。
- C选项正确,一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁,最多可释放n(n-1)/2=3种频率的光子。
- D选项正确,如235U+1n→144Ba+92Kr+31n是核裂变反应的实例。
9. **铀核裂变特点**:
- A选项正确,铀核裂变的产物不固定,可以是多种组合。
- B选项正确,裂变时通常释放2-10个中子。
- C选项不正确,裂变链式反应能否持续与铀块的临界体积有关,必须达到一定体积才能维持。
- D选项正确,裂变需要中子速度适中,过快的中子不易引起裂变。
10. **原子弹与核电站的区别**:
- A选项正确,原子弹对裂变链式反应不加控制,导致爆炸;核电站通过控制中子数量来控制裂变速率,以产生稳定的能量输出。
- B选项不正确,原子弹是基于裂变而不是聚变。
这些题目和知识点涵盖了核物理的基本概念,包括核衰变类型、核反应方程、链式反应、核能释放、中子减速、以及原子弹与核电站的工作原理。学习这些内容有助于理解核能的基础知识及其在实际应用中的原理。