一、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、放射性同位素 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。 2．天然放射现象 （1）天然放射现象 元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结 构。 （2）放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性。具有放射性的元素叫放射性元素。 （3）三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 α 射线、β 射线、γ 射线。 （4）放射性同位素的应用与防护 ① 放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。 ② 应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。 ③ 防护：防止放射性对人体组织的伤害。 3．原子核的衰变 （1）衰变：原子核放出 α 粒子或 β 粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 （2）分类 α 衰变： β 衰变： A Z X� A ZA A Z X� A Z 1 Y+ 42 He Y+ 01 e （3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定， 跟原子所处的物理、化学状态无关。 二、核力、结合能、质量亏损 1．核力 （1）定义： 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 （2）特点： ① 核力是强相互作用的一种表现； ② 核力是短程力，作用范围在 1.5×10–15 m 之内； ③ 每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。 2．结合能 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，叫做原子核的结合能，亦称核能。 3．比结合能 （1）定义： 原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。 （2）特点： 不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳 定。 4．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程 E=mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小 Δm，这就是质量亏损。由 质量亏损可求出释放的核能 ΔE=Δmc2。 三、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆、核反应方程 1．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）典型的裂变反应方程： 235 92 89 1 U+ 01 n � 36 Kr+ 144 56 Ba  3 0 n 。 （3）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。 （4）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。 （5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。 （6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 2．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）典型的聚变反应方程： 2 1 H  31 H � 24 He  01 n  17.6 MeV 四、原子核的衰变和原子核的人工转变 1．衰变规律及实质 （1）两种衰变的比较 衰变类型 α 衰变 A Z 衰变方程 X� β 衰变 Y  24 He A4 Z 2 A Z 2 个质子和 2 个中子结合成一个整体 中子转化为质子和电子 射出 衰变实质 2 11 H  2 01 n �24 He 衰变规律 X � Z A1Y  01 e 1 0 n � 11 H  01 e 电荷数守恒、质量数守恒 （2）γ 射线：γ 射线经常是伴随着 α 衰变或 β 衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生 α 衰变 或 β 衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。 2．原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程。 典型核反应： （1）卢瑟福发现质子的核反应方程为： 14 7 N  24 He � 178 O  11 H 。 （2）查德威克发现中子的核反应方程为： 9 4 Be+ 42 He � 126 C  01 n 。 （3）居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为： 27 12 Al+ 42 He � 30 12 P  0 n 30 15 30 P � 14 Si  01 e 。 。 3．确定衰变次数的方法 （1）设放射性元素 A Z X 经过 n 次 α 衰变和 m 次 β 衰变后，变成稳定的新元素 方程为 A Z X � AZ��Y  n 42 He  m 01 e 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A=A′+4n，Z=Z′+2n–m A� Z� Y ，则表示该核反应的 （2）确定衰变次数，因为 β 衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定 α 衰变的次数，然后再根据 衰变规律确定 β 衰变的次数。 4．半衰期 1 1 t/τ （1）公式：N 余=N 原( 2 ) ，m 余=m 原( 2 )t/τ 式中 N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性 元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ 表示半衰期。 （2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温 度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关。 5．书写核反应方程时应注意 （1）必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。 （2）核反应方程中的箭头→表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。 （3）核反应类型及核反应方程的书写 类　型 可控性 核反应方程典例 U � 23490Th  24 He α 衰变 自发 238 92 β 衰变 自发 234 90 衰变 0 Th � 234 91 Pa  1 e 14 7 N  42 He � 178 O  11 H （卢瑟福发现质子） 4 2 人工转变 He  94 Be � 126 C  01 n 人工控制 （查德威克发现中子） 27 13 1 Al  24 He � 30 15 P  0 n 30 15 P � Si  e 约里奥·居里夫妇 发现放射性同位素， 比较容易 重核裂变 五、质量亏损及核能的计算 0 1 同时发现正电子 235 90 89 1 U  01 n � 144 56 Ba  36 Kr  3 0 n 235 92 90 1 U  01 n � 136 54 Xe  38 Sr  10 0 n 进行人工 控制 轻核聚变 30 14 很难控制 2 1 H  31 H � 42 He  01 n 1．核能 （1）核子在结合成原子核时出现质量亏损 Δm，其能量也要相应减少，即 ΔE=Δmc2。 （2）原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加 Δm，吸收的能量为 ΔE=Δmc2。 2．核能释放的两种途径的理解 （1）使较重的核分裂成中等大小的核。 （2）较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。 六、应用质能方程解题的流程图 书写核反应方程计算质量亏损利用计算释放的核能 � m � E  mc 2 （1）根据 ΔE=Δmc2 计算，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×931.5 MeV 计算。因 1 原子质量单位（u）相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时 Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”。 （2020·山东高三三模）医学影像诊断设备 PET/CT 是诊断 COVID—19 的一种有效手段，其原理是借助 于示踪剂可以聚集到病变部位的特点来发现疾病。示踪剂常利用同位素 仅有 20min。 11 6 C 由小型回旋加速器输出的高速质子轰击 A．用高速质子轰击 B．用高速质子轰击 C．1g 的 D．将 11 6 11 6 C C 14 7 N 14 7 N ，生成 ，生成 经 40min 后，剩余 11 6 11 6 11 6 C C C 的同时释放出中子 的同时释放出 α 粒子 的质量为 0.2g 置于回旋加速器中，其半衰期可能发生变化 14 7 N 11 6 C 作示踪原子标记，其半衰期 获得，则下列说法正确的是（　　） 【答案】B 【解析】AB．由题意得 14 7 即生成 11 6 C N  11 H � 116 C  24 He 的同时释放出 α 粒子，故 A 错误，B 正确； C．40min 即经过 2 个半衰期，剩余 11 6 C 的质量为 0.25g，故 C 错误； D．半衰期与速度无关，故 D 错误。 故选 B。 1．（2020·重庆高三三模）据悉我国第四代反应堆——钍基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要突破。 该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次 β 衰变转化成铀，铀的一种典型裂变产物是钡和 氪，同时释放巨大能量。下列说法不正确的是（　　） A．钍核 232 90 Th 有 90 个质子，142 个中子 B．铀核裂变的核反应方程为 233 92 89 1 U+ 01 n � 142 56 Ba+ 36 Kr+3 0 n C．放射性元素衰变的快慢只由核内部因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关 D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小 【答案】D 【解析】A．钍核 232 90 Th 有 90 个质子，142 个中子，故 A 正确，但不符合题意； B．根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故 B 正确，但不符合题意； C．根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学 状态和外部条件没有关系，故 C 正确，但不符合题意； D．较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放出一定的能 量，所以核子的比结合能都会增加，故 D 错误，符合题意。 故选 D。 2．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 【答案】BCD 【解析】并不是所有的元素都能衰变，只有原子序号超过 83 的元素才都能发生衰变，选项 A 错。放射 性元素的半衰期由原子核内部的结构决定，与外界温度无关，选项 B 对。放射性元素其放射性来自于 原子核内部的，与其他元素形成化合物并没有改变其内部原子核结构