5．核反应堆

目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。

　　 核反应堆的主要组成是：

　　 (1)核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3%~4%)。

　　 (2)减速剂。用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收)。

　　 (3)控制棒。用镉做成(镉吸收中子的能力很强)。

　　 (4)冷却剂。用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全)。

　　 (5)水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。

4．释放核能的途径

　　 凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。

　　 [例5] 一个氢原子的质量为1.6736×10^-27kg，一个锂原子的质量为11.6505×10^-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10^-27kg。一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子，⑴写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少？⑵1mg锂原子发生反应共释放多少核能？

　　 解：⑴H+Li →2He　 反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉。由质能方程ΔE=Δmc²得释放核能ΔE=2.76×10^-12J

　　 ⑵1mg锂原子含锂原子个数为10^-6÷11.6505×10^-27，每个锂原子对应的释放能量是

=2.76×10^-12J，所以共释放2.37×10⁸J核能。

　　 [例6] 静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为E_α。若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为　　

　　 A.　 　　B. 0　　 　　　C. 　　　　D.

　　 解：由于动量守恒，反冲核和α粒子的动量大小相等，由，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是，由质能方程得质量亏损是。

[例7]静止在匀强磁场中的一个B核俘获了一个速度为向v =7.3×10⁴m/s的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核。测得α粒子的速度为2×10⁴ m/s，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。求：⑴写出核反应方程。⑵画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图(磁感线方向垂直于纸面向外)。⑶求α粒子与新核轨道半径之比。⑷求α粒子与新核旋转周期之比。　　　

　　 解：(1)由质量数守恒和电荷数守恒得：B+n→He+Li

　　 (2)由于α粒子和反冲核都带正电，由左手定则知，它们旋转方向都是顺时针方向

　　 (3)由动量守恒可以求出反冲核的速度大小是10³m/s方向和α粒子的速度方向相反，由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式可求得它们的半径之比是120∶7

　　 (4)由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式可求得它们的周期之比是6∶7

3．爱因斯坦质能方程：物体的能量和质量间存在着正比关系。比例系数为光速的平方。

(在非国际单位里，可以用1Uc²=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。)

2．质量亏损--核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。

1．核能--核反应中放出的能叫核能。

　　 (1)衰变：α衰变：(核内)

　　　　 　　　　β衰变：(核内)

　　　 　　　　+β衰变：(核内)

　　　　 γ衰变：原子核的能量也是不连续的，原子核放出射线后，核处于激发态，当它向低能级跃迁时，辐射γ光子。因此γ衰变是伴随着α、β衰变发生的。

　　 (2)人工转变：(卢瑟福发现质子的核反应)

　　　　　　 　　　　(查德威克发现中子的核反应)

　　　　　　 　　　(小居里人工制造放射性同位素)

放射性同位素的应用

　　 ①利用其射线：α射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。γ射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。

　　 ②作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能。

　　 ③进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素(种类齐全，半衰期短，可制成各种形状，强度容易控制)。

　　 (3)重核的裂变： 　　在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。

　　 (4)轻核的聚变：(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)

　　 [例4]关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有　　　　　　　　　　　　　　

　　 A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，因此达到消除有害静电的目的

　　 B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进行人体的透视

　　 C．用放射线照射作物种子能使其DNA发生变异，其结果一定是成为更优秀的品种

　　 D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的危害

　　 解：利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电泄出。γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视。作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优秀品种。用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地严格控制剂量。本题选D。

4、　 　　　

[例3]如图所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置。假如放射源能放射出α、β、γ三种射线，而根据设计，该生产线压制的是3mm厚的铝板，那么是三种射线中的____射线对控制厚度起主要作用。当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将M、N两个轧辊间的距离调节得_____些。

　　 解：α射线不能穿过3mm厚的铝板，γ射线又很容易穿过3mm厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响。而β射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的β射线的强度发生较明显变化。即是β射线对控制厚度起主要作用。若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些。

3、　 是统计规律，少数原子核不存在该规律

2、　 由核内部本身决定，与所处的物理和化学状态无关

1、　 描述衰变的快慢