- 核能与反应堆技术
- 共486题
一个原来静止的锂核俘获一个速度为
,的中子后,生成一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度为
,方向与中子的运动方向相反。
(1)请写出核反应方程;
(2)求出氦核的速度v2。
正确答案
(1)核反应方程:
(2)设氚核速度为,氦核的速度为v
,中子质量为m,则氚核质量为3m,氦核质量为4m
根据动量守恒定律得:
代人数据得:
略
已知一个氢原子核质量为1.673×10-27kg,
一个锂原子核质量为11.6505×10-27kg,一个氦
原子核质量为6.646×10-27kg,有一个锂核(37Li)受到一个质子的轰击变成两个α粒子。
(1)写出核反应方程式;
(2)求释放的核能为多少焦耳?
正确答案
(1)Li+
H——2
He (2)2.8×10-12J
(1):Li+
H——2
He
(2)△m=(11.6505×10-27+1.673×10-27-2×63646×10-27=0.0315×10-27kg)
△E=△mc2=0.0315×10-27×(3×108)2J=2.8×10-12J
一静止的铀核U(原子质量为232.0372u)放出一个带电粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核
Th(原子质量为228.0287u)。
①该过程的衰变方程为 ;
②求该衰变过程中放出的核能(1u相当于931MeV,结果保留2位有效数字)。
正确答案
①U→
Th+
;②5.5MeV
试题分析:①根据衰变过程中原子质量数、电荷数守恒可知,放出的带电粒子的质量数为:A=232-228=4,电荷数为:Z=92-90=2,所以该粒子为,其衰变方程为:
U→
Th+
;
②根据爱因斯坦质能方程可知,该衰变过程中放出的核能为:ΔE=Δmc2=232.0372u-(228.0287u+4.0026u)=0.0059u=0.0059×931MeV=5.5MeV
“人造太阳”并不是像太阳一样悬挂在天空,而是建造在地球上的受控热核聚变反应堆或核聚变电站,它能像太阳一样通过核聚变反应放出能量,进而发电,在合肥科学岛,我国最新一代核聚变实验装置“EAST”首次成功获得电流超过200 kA.时间近3 s的高温等离子放电,人造太阳能来自下面的反应:4个质子(氢核)聚变成1个a粒子,同时发射2个正电子和2个没有静止质量的中微子,“人造太阳”的总功率为P,质子、氢核、正电的质分别为,真空中的光速为c.
(1)写出核反应方程;
(2)求核反应所释放的能量△E
(3)求在时间内参与上述热核反应的质子数目。
正确答案
(1) (2)
(3)
(1)核反应方程式:。
(2)质量亏损为,根据爱因斯坦质能方程
,核反应所释放的能量为
。
(3)设时间内参与热核反应的质子数为
,依据能量关系有
,解得
。
(6分)2008年北京奥运会场馆周围 80%~90%的路灯将利用太阳能发电技术来供电,奥运会90%的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术.科学研究发现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,即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(
He)和两个正电子(
e)并放出能量.(已知质子质量mP = 1.0073u,a粒子的质量ma= 4.0015u,电子的质量me= 0.0005u. 1u的质量相当于931.MeV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MeV的能量?(结果保留四位有效数字)
正确答案
解:①4H →
He +2
e (2分)
②Δm = 4mP-ma-2me= 4×1.0073u-4.0015u-2×0.0005u =" 0.0267" u (2分)
ΔE = Δ mc2 =" 0.0267" u×931.5MeV/u=24.86 MeV (2分)
略
如图所示,静止在匀强磁场中的Li核俘获一个速度为v0=7.7×104m/s的中子而发生核反应,
Li+
n
H+
He,
若已知He的速度为v2=2.0×104m/s,其方向跟中子反应前的速度方向相同,求:
(1) H的速度是多大?
(2)在图中画出粒子H和
He的运动轨迹,并求它们的轨道半径之比.
(3)当粒子He旋转了3周时,粒子
H旋转几周?
正确答案
(1)v1=-1.0×103 m/s,负号表示跟v0的方向相反 (2)3:40
(3)2周
(1) Li核俘获
n的过程,系统动量守恒,则
,即
代入数据="1" u,
="4" u,
="3" u,得v1=-1.0×103 m/s,负号表示跟v0的方向相反.
(2)如图所示H和
He在磁场中半径之比为
(3) H和
He的周期之比为
所以它们的转动周期之比为
当粒子转3周时,氘核转动2周.
一个静止的质量为M的放射性原子核发生衰变,放出一个质量为m、速度大小为v的α粒子,设衰变过程中释放的核能全部转化为新原子核和α粒子的动能,真空中光速为c.求:
① 衰变后新原子核速度大小为多少?
② 衰变过程中质量亏损为多少?
正确答案
①;②Δm=
试题分析:①首先在涉及动量问题时,不计相对论修正,亏损的质量可忽略不计,即衰变生成的新核质量为(M-m),设衰变后新原子核速度为v′,根据动量守恒定律有:0=mv+(M-m)v′ ①
由①式解得:v′=,其中“-”表示新原子核的速度方向与α粒子的速度方向相反,即衰变后新原子核速度大小为
。
②由于衰变过程中释放的核能全部转化为新原子核和α粒子的动能,因此衰变过程中释放的核能为:
ΔE=+
②
根据爱因斯坦质能方程有:ΔE=Δmc2 ③
由①②③式联立解得衰变过程中质量亏损为:Δm=
(6分) 经过m次α衰变和n次β衰变,变成
,则m= ,n= .
正确答案
7 , 4
试题分析:根据反映前后质量数守恒和核电荷数守恒可知,由此可知m=7、n=4
点评:本题难度较小,利用质量数守恒和核电荷数守恒是关键
一个锂核()受到一个质子(
)轰击变为2个a粒子(
).已知质子的质量为1. 672 6×10
kg,锂原子的质量为11. 650 5×10
kg,一个a原子的质量为6. 6467×10
kg.写出该核反应的方程________,该核反应释放的核能是________J.(真空中光速c=3.0×10
m/s)
正确答案
(1) +
→2
;(2)2.673×10-12J。
试题分析:(1)根据题意,一个锂核()受到一个质子(
)轰击变为2个a粒子(
),故其核反应的方程为:
+
→2
。
(2)因为E=△mc2=(11.650 5×10kg+1.672 6×10
kg-2×6.6467×10
kg)×(3×108m/s)2=2.673×10-12J。
小玉所在的学习小组在研究了“嫦娥一号”相关报道后得知,绕月卫星在完成其绕月的伟大历史使命后,最终将通过撞击月球表面完成最后的多项科学使命,对此同学们做了相关的研究并提出了相应的问题.
(1)“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦-3的分布和储量.两个氘核聚变生成一个氦-3的核反应方程是:2H→
He+______+3.26MeV,请在横线上写出相应粒子的符号.
(2)同学们提出若“嫦娥一号”以速率v竖直撞击月球后,可弹回到距月球表面大约为h的高度,设此过程动能损失了50%,则由此可推算出月球表面的重力加速度g′多大?
(3)设月球半径约为地球半径的1/4,月球的质量约为地球质量的1/81,不考虑月球自转的影响,在月球上要发射一颗环月卫星,则最小发射速度多大?(地表处的重力加速度g取10m/s2,地球半径R=6400km,计算结果保留两位有效数字)
正确答案
(1)核反应方程是2H→
He+
n+3.26MeV,
(2)设竖直弹回的速度大小为v2,则:m
=
mv2×50%
由机械能守恒定律可得:m
=mg′h
两式联立解得:g′=
(3)设地球、月球质量分别为M1、M2,地球、月球半径分别为R1、R2,卫星质量为m,在地球、月球上发射卫星的最小速度分别为v1、v2.
在地球表面附近,mg=m
最小发射速度v1==
m/s=8km/s
对地球近地卫星,根据万有引力定律有G=m
①
对月球近地卫星,根据万有引力定律有G=m
②
解①②两式得v2=v1=
×8km/s=1.8km/s
答:(1)n;(2)月球表面的重力加速度g′为
;(3)在月球上发射一颗环月卫星,最小发射速度为1.8km/s.
利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,这就是核电站。核电站消耗的"燃料"很少,但功率却很大,目前,核能发电技术已经成熟,我国已经具备了发展核电的基本条件。
(1) 核反应堆中的"燃料"是,完成下面的核反应方程式:
( )
(2)一座100万千瓦的核电站,每年需要多少浓缩铀?
已知铀235的质量为390.3139×10-27kg,中子质量为1.6749×10-27kg,钡141的质量为234.0016×10-27kg,氪92的质量为152.6047×10-27kg,浓缩铀中铀235的含量占2%。
正确答案
(1) 3
(2)1.91×104kg
(1) 3
(2)
根据题意有:
所以每年需要的浓缩铀x=1.91×104kg
关于核反应,下列说法中正确的是
正确答案
BC
核反应不都是放能的.
天然放射性元素Pu经过 次α衰变和 次β衰变,最后变成铅的同位素 。(填入铅的三种同位素
Pb、
Pb、
Pb中的一种)
正确答案
8 4 Pb
试题分析:设发生了x次α衰变和y次β衰变,设生成的铅的同位素质量数为m,则有:
2x-y+82=94,239=m+4x,根据题意m可能为206、207、208,而x,y为整数,由数学知识可知,m=207,x=8,y=4.
静止在匀强磁场中Li俘获一个速度v0=7.7×104的中子而发生核反应,生成一个
He和一个未知粒子
X,若已知
He的速度v2=2.0×104m/s,其方向与反应前中子的方向相同,试求:
①写出核反应方程式并求X粒子元素符号和x,y
②求出未知粒子X的速度大小和方向.
正确答案
①根据电荷数守恒、质量数守恒得,Li+
n→
H+
He
未知粒子 H
②中子、未知核和He质量分别为m、3m和4m,未知核的速度为v2,对心正碰,
由动量守恒定律得:mv0=4mv1+3mv2
解出v2=-1000m/s,方向与v0相反.
答:①核反应方程式Li+
n→
H+
He,x为1,质量数为3.
②未知粒子X的速度大小为1000m/s,方向与v0相反.
[物理---选修3-5]
(1)下列说方法正确的是______.
A.人类关于原子核内部的信息,最早来自天然放射现象
B.在α、β、γ三种射线中γ射线电离作用最强
C.放射性元素的半衰期会随着温度的升高而缩短
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,核子的比结合能都会增加
(2)某小组在探究反冲运动时,将质量为m1一个小液化瓶固定在质量为m2的小玩具船上,利用液化瓶向外喷射气体做为船的动力.现在整个装置静止放在平静的水面上,已知打开液化汽瓶后向外喷射气体的对地速度为v1,如果在△t的时间内向后喷射的气体的质量为△m,则
①喷射出为△m后,小船的速度是多少?
②喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用的大小是多少?
正确答案
(1)A、天然放射现象源自原子核内部的变化,人类最初对原子核的认识就是来源于对天然放射现象研究,故A正确;
B、α,β,γ三种射线中α射线的电离本领最强,γ射线穿透本领最强,故B错误;
C、半衰期由原子核本身决定,与外界任何因素都无关,故C错误;
D、裂变和聚变都伴随着巨大能量的释放,出现质量亏损,根据爱因斯坦质能方程知道:核子的比结合能都会增加.故D正确;
故选:AD
(2))①由动量守恒定律得:0=(m1+m2-△m)v船-△mv1
得:v船=
(2)对喷射出的气体运用动量定理得:-F△t=-△mv1
F=
由牛顿第三定律得,小船所受气体的平均作用力大小为 F=
故答案为:
(1)AD
(2)①喷射出为△m后,小船的速度是.
②喷射出△m液体的过程中,小船所受气体的平均作用的大小是.
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