- 核能与反应堆技术
- 共486题
下列说法正确的是
正确答案
BD
A选项中在质子的轰击下发生的核反应,属于人工转变,A错;C选项是α衰变,不是裂变,C错。
一个静止的氮核N俘获一个速度为2.3×107 m/s的中子生成一个复核A,A又衰变成B、C两个新核.设B、C的速度方向与中子速度方向相同,B的质量是中子的11倍,速度是106 m/s,B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比RB∶RC=11∶30.求:
(1)C核的速度大小;
(2)根据计算判断C核是什么.
(3)写出核反应方程式.
正确答案
(1)3×106 m/s (2)He
(3)N+
n→
B+
He.
(1)由动量守恒定律:
mnvn=mBvB+mCvC,
所以vC=
= m/s
=3×106 m/s.
(2)由qvB=m得
R=
RB=,RC=
所以=
,
=
又因为qC+qB=7,所以qC=2,而mC=4
所以C核是He.
(3)N+
n→
B+
He.
太阳内部的聚变反应是一个系列反应,最终可以简化为4个质子转化成1个氦核和2个正电子并放出能量。已知质子的质量mp=1.0073u,α粒子的质量mα=4.0015u,电子的质量me=0.0005u。
小题1:写出该热核反应方程
小题2:一次这样的热核反应过程中释放出多少Mev的能量?(结果保留四位有效数字)
正确答案
小题1:
小题2:
略
在其他能源中,核能具有能量密度大,地区适应性强的优势,在核电站中,核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大理核能。
(1)核反应方程式
是反应堆中发生的许多核反应中的一种,n为中子,X为待求粒子,为X的个数,则X为________,
=__________,以
、
分别表示
、
、
核的质量,
分别表示中子、质子的质量,c为光的真空中传播的速度,则在上述核反应过程中放出的核能
(2)有一座发电能力为的核电站,核能转化为电能的效率为
.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应,已知每次核反应过程中放出的核能
求每年(1年=
.
正确答案
(1) (2)1
(1)
(2)反应堆每年提供的核能 ①
其中T表示1年的时间
以M表示每年消耗的 ②
解得: ③
(1)下列说法正确的是
[ ]
A.光电效应实验揭示了光的粒子性
B.某原子核经过一次α衰变后,核内质子数减少4个
C.重核的裂变过程质量增大,轻核的聚变过程有质量亏损
D.电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的
(2)如图所示,一对杂技演员(都视为质点)荡秋千时从A点(秋千绳OA处于水平位置)由静止出发绕悬点O下摆,当摆到最低点B时,男女演员在极短的时间内互相将对方沿水平方向推出,两人向相反方向做一平抛运动,并能安全落到地面。若女演员的落地点刚好在初始位置A点的正下方,且已知男演员质量是女演员质量的2倍,秋千的质量不计。秋千的绳长为R,O点距地面高度为5R,不计空气阻力。求男演员落地点C与O点的水平距离。
正确答案
(1)AD
(2)6.5R
氘核的质量为2.0136u ,氦3的质量为3.0150u,中子的质量为1.0087u.两个氘核聚变成一个氦3
(1)写出核反应方程.
(2)计算两个氘核聚变释放的能量.
(3)计算1kg氘完全聚变为氦3所释放的能量.这能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能?(煤的热值为3.344×107J/kg)
正确答案
解:(1) 核反应方程为:
(2) 两个氘核聚变前后的质量亏损:
△m=2mD-(mHe+mn)=2×2.013 6u-(3.0150+1.0087)u=0.0035u
释放的核能△E=△mc2 =0. 0035×1.6606×10 -27×(3. 00×108)2J=5. 23×10 -13J .
(3)1 kg 氘所含的核数(个)
每2个氘核聚变释放的能量为5. 23×10 -13J ,
1kg 氘完全聚变成氦3所释放的能量
相当于燃烧煤的质量为
太阳的能量来源是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢,核聚变反应可以看作是4个氢核结合成1个氦核同时放出2个正电子。试写出核反应方程,并由表中数据计算出该聚变反应过程中释放的能量(取1u = kg)。
正确答案
解:核反应方程为
4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损为Δm = (1.0073×4―4.0015―2×0.00055)u = 0.0266u = 4.43×10-29kg
ΔE = Δmc2 =4.43×10-29×(3×108)2J = 4.0×10-12J
物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这一理论,在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(24He)和两个正电子(10e)并放出能量.已知质子质量mP=1.0073u,α粒子的质量mα=4.0015u,电子的质量me=0.0005u. 1u的质量对应931.5MeV的能量.
(1)写出该热核反应方程;
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?(结果保留四位有效数字).
正确答案
(1)411H→24He+210e
(2)△m=4mP-mα-2me=4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u=0.0267 u
△E=0.0267 u×931.5MeV/u=24.87 MeV
答:(1)该热核反应方程为 411H→24He+210e
(2)一次这样的热核反应过程中释放出 24.87 MeV能量.
(2)静止的锂核63Li俘获一个速度为8×106 m/s的中子,发生核反应后若只产生了两个新粒子,其中一个粒子为氮核42He,它的速度大小是8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相同,求反应后产生的另一个粒子的速度。
正确答案
(1) 13.6 3 (2)8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相反
(1) 13.6(1分); 3(1分)
(2)完成此核反应的方程式:63Li+10n→42He+31H…………………………………1分
由动量守恒定律可知:mv1=4mv2+3mv3……………………3分
v3=-8×106 m/s………………………………………………1分
即:反应后所产生的另一个粒子的速度大小为8×106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相反。………………………………………………1分
(1)原子处于基态时最稳定,处于较高能级时会自发地向低能级跃迁。如图所示为氢原子的能级图。现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n=1)的氢原子上,被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的色光,则照射氢原子的单色光的光子能量为 eV。用这种光照射逸出功为4.54eV的金属表面时,逸出的光电子的最大初动能是 eV。
(2)静止的Li核俘获一个速度
的中子而发生核反应,生成两个新核。已知生成物中
He的速度
,其方向与反应前中子速度方向相同。
①写出上述反应方程。
②求另一生成物的速度。
正确答案
(1)12.09 7.55(2)
【物理——物理3-5】
(1)12.09 7.55(每空2分)
(2)①核反应方程式为…………2分
②设中子、氦核、新核的质量分虽为,
它们的速度分别为,根据核反应动量守恒有:
负号说明新核运动方向与氦核相反。…………2分
某原子核的衰变过程是
表示放出一个
α粒子,下列说法中正确的是( )
A 核C比核B的中子数少2
B 核C比核A的质量数少5
C 原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多1
D 核C比核A的质子数少1
正确答案
A、D
此题仍然考查衰变和
衰变的规律及核反应过程中质量数和核电荷数守恒规律,根据题目先写出核反应方程,然后再进行比较
太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和、
等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应,核反应方程是
释放的核能,这些核能最后转化为辐射能。根据目前关于恒星演化的理论,若由于聚变反应而使太阳中的
核数目从现有数减少10%,太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段。为了简化,假定目前太阳全部由电子和
核组成。
(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量M。已知地球半径R=6.4×106 m,地球质量m=6.0×1024 kg,日地中心的距离r=1.5×1011 m,地球表面处的重力加速度g=10 m/s2,1年约为3.2×107秒,试估算目前太阳的质量M。
(2)已知质子质量mp=1.6726×10-27 kg,质量mα=6.6458×10-27 kg,电子质量me=0.9×10-30 kg,光速c=3×108 m/s。求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。
(3)又知地球上与太阳垂直的每平方米截面上,每秒通过的太阳辐射能w=1.35×103 W/m2。试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命。(估算结果只要求一位有效数字。)
正确答案
(1)2×1030 kg (2)4.2×10-12 J (3)1百亿年
(1)估算太阳的质量M
设T为地球绕日心运动的周期,则由万有引力定律和牛顿定律可知
①
地球表面处的重力加速度
②
③
以题给数值代入,得M=2×1030 kg ④
(2)根据质量亏损和质能公式,该核反应每发生一次释放的核能为
△E=(4mp+2me-mα)c2 ⑤
代入数值,得
△E=4.2×10-12 J ⑥
(3)根据题给假设,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为 ⑦
因此,太阳总共辐射出的能量为
E=N·△E
设太阳辐射是各向同性的,则每秒内太阳向外放出的辐射能为
ε=4πr2w ⑧
所以太阳继续保持在主星序的时间为
⑨
由以上各式解得
以题给数据代入,并以年为单位,可得
t=1×1010年=1百亿年
一个铀核()放出一个α粒子后衰变成钍核(
),其衰变方程为 ▲ ;已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3,真空中的光速为c,上述衰变过程中释放出的核能为 ▲ 。
正确答案
(2分) (m1-m2-m3)c2(2分)
衰变过程中,电荷数守恒,质量守恒,所以可得衰变方程为:
衰变过程中释放出的核能为
故答案为: (m1-m2-m3)c2
两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的质量,m0=2.0136u,氦核的质量3.0150u,中子的质量,mu=1.0087u(1u相当于931MeV)。
(1)写出聚变方程并计算释放的核能。
(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35MeV。它们对心正碰发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?
正确答案
(1)3.26MeV (2)2.97MeV
(1)聚变的核反应方程:……………………(2分)
核反应过程中的质量亏损为
释放的核能为…………(2分)
(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即…………………………(1分)
反应前后总能量守恒,即…………(1分)
解得……………………(2分)
我国科学家经过艰苦努力,率先建成了世界上第一个全超导托克马克试验装置并调试成功。这种装置能够承受上亿摄氏度高温且能够控制等离子态的核子发生聚变,并稳定持续的输出能量,就像太阳一样为人类源源不断地提供清洁能源,被称为“人造太阳”。在该装置内所发生核反应的方程是,其中粒子X的符号是________。已知
H的质量为m1,
的质量为m2,
的质量是m3,X的质量是m4,光速为c,则发生一次上述核反应所释放核能的表达式为________。
正确答案
,(m1+m2-m3-m4)c2
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