第十九章原子核7核聚變8粒子和宇宙1．(多選)關于人們發現的新粒子，下列說法正確的是()A．許多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分為強子、輕子、媒介子的根據是粒子與各種相互作用的關系C．質子屬于強子D．光子屬于輕子解析：根據粒子的分類、粒子與反粒子的描述知A、B、C項正確；光子屬于媒介子，故D項錯誤．答案：ABC2．(多選)如圖所示，托卡馬克(Tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個詞是toroidal(環形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個字母以及katushka(線圈)的第一個字母組成的縮寫詞．根據以上信息，下述判斷中可能正確的是()A．這種裝置的核反應原理是輕核的聚變，同時釋放出大量的能量，和太陽發光的原理類似B．線圈的作用是通電產生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉而不溢出C．這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理相同D．這種裝置可以控制熱核反應速度，使聚變能緩慢而穩定地進行解析：聚變反應原料在裝置中發生聚變，放出能量，故A項正確；線圈通電時產生磁場，帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用不飛出，故B項正確；核電站的原理是裂變，托爾馬克的原理是聚變，故C項錯誤；該裝置使人們可以在實驗室控制反應速度，平穩釋放核能，故D項正確．答案：ABD3．一個氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個氚核(eq\o\al(3,1)H)發生聚變，產生一個中子和一個新核，并出現質量虧損．聚變過程中()A．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeB．放出能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeC．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)HeD．放出能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)He解析：聚變反應出現質量虧損，一定放出能量，由質量數守恒和電荷數守恒可知，生成的新核是eq\o\al(4,2)He，選項B正確．答案：B4．氘核和氚核可發生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某種粒子．已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的質量分別為1u、1u、6u和7u；1u＝eq\f,c2)MeV，c是真空中的光速．由上述反應方程和數據可知，粒子X是________，該反應釋放出的能量為________MeV(結果保留3位有效數字)．解析：根據質量數和電荷數守恒可得X是eq\o\al(1,0)n(中子)．核反應中的質量虧損為Δm＝1u＋1u－6u－7u＝9u所以該反應釋放出的能量為ΔE＝Δm·c2＝MeV.答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)1．(多選)雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的中微子(νe)而獲得了2023年度諾貝爾物理學獎．他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615噸四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，中微子可以將一個氯核轉變為一個氬核，其核反應方程式為νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e.已知eq\o\al(37,17)Cl核的質量為58u，eq\o\al(37,18)Ar核的質量為91u，eq\o\al(0,－1)e的質量為55u，1u質量對應的能量為MeV.根據以上信息，可以判斷()A．中微子不帶電B．中微子就是中子\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是同位素D．參與上述反應的中微子的最小能量約為MeV解析：在核反應中，電荷數守恒，質量數守恒，可以判斷中微子所帶電荷數是零，質量數是零，故A項正確；而中子的質量數是1，故B項錯誤；同位素是電荷數相等，質量數不等的同種元素，而eq\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是兩種不同的元素，故C項錯誤；由愛因斯坦質能方程得中微子的質量m＝55＋91－58)u＝88u，而1u質量對應的能量為MeV，所以中微子的最小能量是E＝×88MeV≈MeV，故D項正確．答案：AD2．(多選)下列說法正確的是()\o\al(15,)7N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚變反應方程\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變反應方程\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉變方程解析：核反應類型分四種，核反應方程的特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反應，右邊是中等質量的原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應，右邊是中等質量的原子核．人工核轉變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應，右邊也是常見元素的原子核．由此可知B、D兩選項正確．答案：BD3．下面是一核反應方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.用c表示光速，則()A．X是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘以c2B．X是中子，核反應放出的能量等于中子質量乘以c2C．X是質子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與質子的質量和，再乘以c2D．X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質量和減去氦核與中子質量和，再乘以c2解析：由質量數守恒及核電荷數守恒定律可得X為eq\o\al(1,0)n(中子)，再據質能方程可得核反應放出的能量為反應前后質量虧損與c2的乘積，故D項正確．答案：D4．關于核聚變，以下說法不正確的是()A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經有利用核聚變能來發電的核電站C．要使輕核發生聚變，必須使它們的距離達到10－15m以內，D．地球聚變燃料的儲量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核解析：與裂變相比，核聚變有下面的幾個優勢：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理．但核聚變發電還沒有投入實際運行．所以B項是不正確的．答案：B5．(多選)2006年9月28日，我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次發電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億度，標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平．合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚實驗裝置并能實際運行的地方．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富，已知氘核的質量為m1，中子質量為m2，eq\o\al(3,2)He的質量為m3，質子的質量為m4，則下列說法中正確的是()A．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所產生的另一個粒子是質子B．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所產生的另一個粒子是中子C．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．與受控核聚變比較，現行的核反應堆產生的廢物具有放射性解析：由核反應方程知2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X應為中子，釋放的核能應為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚變反應的污染非常小．而現實運行的裂變反應的廢料具有很強的放射性，故A、C錯誤，B、D正確．答案：BD6．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近()A．1036kg BC．1013kg解析：根據愛因斯坦的質能方程得：Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,9×1016)kg≈×109kg，D正確．答案：D7．歷史上第一次利用加速器實現的核反應，是用加速后動能為MeV的質子eq\o\al(1,1)H轟擊靜止的eq\o\al(A,Z)X，生成兩個動能均為MeV的eq\o\al(4,2)He(1MeV＝×10－13J)．(1)上述核反應方程為________________．(2)質量虧損為____________kg.解析：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He.(2)Δmc2＝E末－E初，所以Δm＝eq\f(E末－E初,c2)＝eq\f(（2×－）××10－13,（3×108）2)kg≈×10－29kg.答案：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(2)×10－298．假設兩個氘核在一直線上相碰發生聚變反應生成氦的同位素和中子，已知氘核的質量是6u，中子的質量是7u，氦核同位素的質量是0u.(1)聚變的核反應方程式是______________，在聚變核反應中釋放出的能量為____________MeV(保留兩位有效數字)；(2)若氚核和氦核發生聚變生成鋰核，反應方程式為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核子比結合能分別為EH＝MeV、EHe＝MeV、ELi＝MeV，試求此核反應過程中釋放的核能．解析：(1)根據題中條件，可知核反應方程式為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.核反應過程中的質量虧損：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×6u－0＋7)u≈×10－3u.由于1u的質量與MeV的能量相對應，所以氘核聚變時放出的能量：ΔE＝×10－3×MeV≈