原子核 教学目标 1．通过人类认识原子核组成的过程复习，使学生明确认识依赖于实践；科学的认识源于科学家们的科学实验与研究探索．从而培养学生的科学态度与探索精神． 学生应知道一些重要的物理事实：天然放射性的发现，质子、中子、放射性同位素的发现等，恰恰是明确原子核组成的实验基础． 2．掌握衰变及原子核人工转变的规律——质量数守恒、核电荷数守恒．学生应能根据实际写出正确的核反应方程．应用衰变规律分析解决相关问题，并明确半衰期的意义． 3．明确核力、结合能、平均结合能、质量亏损、爱因斯坦质能方程的意义，并掌握其应用——获得核能的途径（裂变、聚变）． 教学重点、难点分析 1．放射性元素衰变时，通常会同时放出α、β和γ三种射线，即α、β衰变核反应同时放出γ射线（释放能量）．在某些特殊情况下，某些放射性元素只放出α或只放出β射线．但任何情况下都不会只放出γ射线，γ射线只能伴随α或β射线放出．发现放射性同位素的同时，发现正电子的核反应可称为放射性同位素的+β衰变，其核反应方程为 放射性元素的半衰期只决定于原子核的性质，与元素所处物理、化 对应质量关系
2．写四类核反应方程，即衰变、人工转变、裂变、聚变核反应时，要遵循三个守恒，即质量数、荷电核数、能量守恒．但要以核反应的事实为基础，不能仅根据质量数、荷电核数两个守恒而书写出事实上不存在的核反应．另外，核反应通常是不可逆的，方程中只能用“→”连接并指示反应方向，而不能用“=”连接． β衰变与+β衰变中，新原子核的荷电核数的变化，可理解为在原来的核中有： 3．△E=△mc2这一爱因斯坦质能关系式，是释放原子核能的重要理论依据．具体应用之计算核能时要注意单位的统一，△m单位是“kg”，△E单位是“J”；若△m单位是“U”，则△E的单位是“MeV”． 此结论可在计算中直接应用． 4．裂变与聚变均是释放原子核能（结合能）的核反应，应理解为反应后均发生质量亏损，所以都释放出核能以γ光形式辐射；重核裂变、轻核聚变都是变成中等质量核，即都是由核子平均结合能小的核变成核子平均结合能大的核；又都是在一定条件下才能完成的核反应，即必须先吸收能量（有中子轰击或超高温存在），再释放能量；是由于生成新核的核子平均结合能大，所以反应吸收的能量小于核子平均结合能与核子数乘积（释放的能量）． 5．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核与粒子的动能．此种情况可应用动量守恒与能量守恒计算核能． 教学过程设计 教师活动 问：人类是怎样认识到微观原子核的组成的？ 再通过以下具体问题引导同学回答： 学生活动 同学们看书、讨论．
原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ，入射粒子相对于靶核 的势能为：r Ze r V 2 0241 )(πε=，在r =R 处， 势垒最高，称为库仑势垒高度。
第16章 原子核物理 一、选择题 1. C 2. B 3. D 4. C 5. C 6. D 7. A 8. D 二、填空题 1. 171076.1?，13 1098.1? 2. 2321)(c m m m -+ 3. 1.35放能 4. 9102.4? 5. 117.8 6. 2321`c h m m m -+ 7 . 67.5MeV ，67.5MeV/c ，22 1036.1?Hz 8. 121042.2-? 9. 1.49MeV 10. 115kg 三、填空题 1. 解：设从t =0开始做实验，总核子数为N 0，到刻核子数为N 由于实验1.5年只有3个铁核衰变，所以 1<<τt ，)1(0τ t N N -≈ t =0时，铁核总数为 31274 0106.310 66.1104.6?=??=-N t =1.5年时，铁核总数为 )1(300τ t N N N -≈-=由此解得 3131 00108.15.13 106.3?=??=-=t N N N τ年
设半衰期为T ，则当t =T 时有2/0N N =，由τ/0e t N N =得τ/e 21T = 所以， 31 311025.1693.0108.12ln ?=??==τT 年 2. 解：设氢核和氮核的质量分别为N H m m 、，被未知粒子碰撞后速度分别为v H 和v N ； 未知粒子的质量为m , 碰撞前速度为v ，与氢核碰撞后为v 1，与氮核碰撞后为v 2 未知粒子与氢核完全弹性碰撞过程满足关系 H H 1v m mv mv += 2H H 2122 12121v m mv mv += 未知粒子与氮核完全弹性碰撞过程满足关系 N N 2v m mv mv += 2N N 2122 12121v m mv mv += 联立~得 2N N 2 H H N H ) ()(m m m m m m E E ++= 带入数据，可解得 03.1H =m m 由其质量比值可知，未知粒子的质量与氢核的质量十分接近，另由于它在任意方向的磁场中都不偏转，说明它不带电．由此判断该新粒子是中子． 3. 解：与第一组粒子相对应的衰变能为 α1α12264.793MeV 4.879MeV 4222 A E K A ==?=- 与第二组粒子相对应的衰变能为 α2α2 2264.612MeV 4.695MeV 4222A E K A ==?=- 226 86Rn 的两能级差为 ()α1α2 4.879 4.695MeV 0.184MeV E E E ?=-=-= 光子的能量与此两能级差相对应，所以光子的频率为 619 19340.18410 1.60218910Hz 4.4510Hz 6.62610 E h ν--????===??
第九章原子和原子核 一、选择题： 1、关于原子核的能，下面说法正确的是：( ) (A)使原子核分解为粒子时放出的能量； (B)核子结合成原子时需要供给的能量； (C)核子结合成原子核时吸收的能量或原子核分解为核子时放出的能量； (D)核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成粒子时所吸收的能量。 2、有关科学家和涉及的事实，正确的说法是： (A)居里夫妇用? 粒子轰击铝箔时发现了正电子； (B)卢瑟福的原子结构学说成功地解释了氢原子的发光现象； (C)麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在，赫兹用实验方法给予证实； (D)玻尔建立了量子理论，解释了各种原子发光现象。 ( ) 3、原子的核式结构学说，是卢瑟福根据以下哪个实验或现象提出来的？ (A)光电效应实验； (B)氢原子光谱实验； (C)? 粒子散射实验； (D)天然放射现象。 ( ) 4、氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时,可能发生的情况有( ). (A)放出光子,电子动能减少,原子势能增加 (B)放出光子,电子动能增加,原子势能减少 (C)吸收光子,电子动能减少,原子势能增加 (D)吸收光子,电子动能增加,原子势能减少 5、(钍)经过一系列α和β衰变,成为(铅) ( ). (A)铅核比钍核少8个质子
(B)铅核比钍核少16个中子 (C)共经过4次α衰变和6次β衰变 (D)共经过6次α衰变和4次β衰变 6、在下列4个核反应式中,x表示中子的是哪些( ). (A)+x (B)+x (C)+x (D) 7、铀235的原子核符号常写成,由此可知( ). (A)铀235的原子核中有质子92个 (B)铀235的原子核中有电子92个 (C)铀235的原子核中有中子235个 (D)铀235的原子核中有中子143个 8、下面对某原子核衰变的描述，哪个是不对的： (A)放出一个? 粒子后，原子核的中子数减1，原子序数少1； (B)放出一个? 粒子后，原子核的质量数少4，核电荷数少2； (C)放出一个? 粒子后，原子核的质量数不变，核电荷数加1； (D)Ra经过5次? 衰变和4次? 衰变后变成Pb。 ( ) 9、粒子击中氮14核后放出一个质子,转变为氧17核().在这个氧原子核中有( ).
核反应堆安全分析 英文缩写 ABWR Advanced Boiling Water Reactor 先进沸水堆 APWR Advanced Pressurized Water Reactor 先进压水堆 AP Advanced Passive Plant 先进非能动厂 ADS Accelerator driven system 加速器驱动机构 AFP Auxiliary Feed-water Pump 辅助给水泵 ASME American Society of Mechanical Engineers 美国机械工程师协会ASCOT assessment of safety culture organizational teams 安全文化组织机构评价ATWS Anticipated Transient Without Screen 未能停堆的预期瞬态ANSI American National Standards Institute 美国标准协会 ALARA as low as reasonably achievable 合理可行尽量低原则BWR boiling water reactor 沸水堆 BDBA Beyond Design Basic Accident 超设计基准事故 BOL Beginning Of Life 寿期初 CEFR China Experimental Fast Reactor 中国实验快堆 CSS Containment Spray System 安全壳喷淋系统 CVCS Chemical and Volume Control System 化学容积控制系统CNNC china national nuclear corporation 中国核工业集团CSRDM Control and Safety Rod Drive Mechanism 控制棒安全棒驱动机构CHF Critical Heat Flux 临界热流密度
第一章—核反应堆的核物理基础 直接相互作用：入射中子直接与靶核内的某个核子碰撞，使其从核里发射出来，而中子却留在了靶核内的核反应。 中子的散射：散射是使中于慢化(即使中子的动能减小)的主要核反应过程。 非弹性散射：中子首先被靶核吸收而形成处于激发态的复合核，然后靶核通过放出中子并发射γ射线而返回基态。 弹性散射：分为共振弹性散射和势散射。 111001 100[]A A A Z Z Z A A Z Z X n X X n X n X n +*+→→++→+ 微观截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率，或表示一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核发生反应的概率。 宏观截面：表征一个中子与单位体积内原子核发生核反应的平均概率大小的一种度量。也是一个中子穿行单位距离与核发生相互作用的概率大小的一种度量。 平均自由程：中子在介质中运动时，与原子核连续两次相互作用之间穿行的平均距离叫作平均自由程。 核反应率：每秒每单位体积内的中子与介质原子核发生作用的总次数(统计平均值)。 中子通量密度：某点处中子密度与相应的中子速度的乘积，表示单位体积内所有中子在单位时间内穿行距离的总和。 多普勒效应：由于靶核的热运动随温度的增加而增加，所以这时共振峰的宽度将随着温度的上升而增加，同时峰值也逐渐减小，这种现象称为多普勒效应或多普勒展宽。 瞬发中子和缓发中子：裂变中，99％以上的中子是在裂变的瞬间(约10-14s)发射出来的，把 这些中子叫瞬发中子；裂变中子中，还有小于1％的中子是在裂变碎片衰变过程中发射出来的，把这些中子叫缓发中子。 第二章—中子慢化和慢化能谱 慢化时间：裂变中子能量由裂变能慢化到热能所需要的平均时间。 扩散时间：无限介质内热中子在自产生至被俘获以前所经过的平均时间。 平均寿命：在反应堆动力学计算中往往需要用到快中子自裂变产生到慢化成为热中子，直至最后被俘获的平均时间，称为中子的平均寿命。 慢化密度：在r 处每秒每单位体积内慢化到能量E 以下的中子数。 分界能或缝合能：通常把某个分界能量E c 以下的中子称为热中子， E c 称为分界能或缝合能。 第三章—中子扩散理论 中子角密度：在r 处单位体积内和能量为E 的单位能量间隔内，运动方向为Ω的单位立体角内的中子数目。 慢化长度：中子从慢化成为热中子处到被吸收为止在介质中运动所穿行的直线距离。 徙动长度：快中子从源点产生到变为热中子而被吸收时所穿行的直线距离为r M 。 第四章—均匀反应堆的临界理论 反射层的作用： 1. 减少芯部中子泄漏，从而使得芯部的临界尺寸要比无反射层时的小，节省一部分燃料；
第2章核力与核结构 一、核力 ?（1）核力是强相互作用 ?质子之间库伦斥力反比于距离，而核内质子间距离非常小，但质子能紧密结合而不散开，说明新的作用力——核力的存在，且是吸引力。 ?一般核力约比库伦力大一百倍。
第2章核力与核结构 ?（2）核力的短程性和饱和性 ?结合能近似与A成正比，说明核力是短程力；?如果为长程力，一个核子能与核内其它每一个核子发生作用，那么核的结合能正比于核子的成对数A(A-1)，即正比于A2，与实验事实不符。?核力只作用于相邻核子，由于相邻核子数目有限，因此核力具有明显的饱和性。
第2章核力与核结构 ?（3）核力的电荷无关性 ?1932年海森堡假设：质子与质子之间的核力Fpp 和中子与中子之间的核力Fnn以及质子与中子之间的核力Fpn都相等，称为核力的电荷无关性。?利用同位旋概念，质子和中子是一种粒子的两种 不同电荷态，同位旋都为1/2，而同位旋第三分量分别为1/2和-1/2。
第2章核力与核结构 ?（4）核力与自旋有关 ?利用氘核的基态性质，由一个质子和一个中子组成 的最简单核子束缚态，其自旋和宇称为，其 自旋为两个核子的总自旋和相对轨道角动量之和。 + =1 π I 3 S1 3 P1 3 D1 1 2 1 1 P110 状态LS
第2章核力与核结构 ?由于氘核基态宇称为正，只能是3S1+3D1态的混合，即有S=1的自旋三重态组成，不存在自旋单态的氘核，核力将使质子和中子倾向于处在自旋平行的态。 ?（5）非中心力成分 ?氘核基态可以是3S1+3D1的混合态，其中3S1态约占96%，3D1态约占4%。 ?核力是以中心力为主，混有少量的非中心力。
冗余度：核电厂完成安全功能的系统采用多个同样类型的系统连接起来，用以防止在某一个系统失效后余下的系统能够保证其安全功能。 多样性：采用两个或者多个独立的方法或系统来完成同一个功能。 独立性：系统设计中通过功能隔离或实体隔离，实现系统布置和设计的独立性。 故障安全：核系统或部件发生故障时，电厂应能在毋需任何触发动作的情况下进入安全状态。单一故障：导致某一部件不能执行其预定安全功能的随机故障，包括由该故障引起的所有继发故障。 单一故障准则：满足单一故障准则的设备组合，在其任何部位发生单一故障时仍能保持所赋予的功能。 核安全文化：安全文化是存在于单位和个人的种种特性和态度的总和，它建立在一种超出一切之上的观念，即核电站安全问题由于它的重要性要保证得到应有的重视。 始发事件：能导致放射性核素向环境释放的所有起因事件，都可作为核电厂概率安全评价的始发事件。 初因事件：：造成核电厂扰动并且有可能导致堆芯损害的事件。 固有安全性：当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或外部设备的强制性干预，只是由堆的自然安全性和非能动的安全性，控制反应性或移出堆芯热量，使反应堆趋于正常运行和安全停闭。 停堆余量（深度）：全部毒物都投入堆芯时，反应堆芯达到的负反应性。 热流量：单位时间传递的热量。 热通量（热流密度）：单位时间通过单位面积传递的热量。 传热系数：单位时间、单位面积、温度差为1℃时传递的热量，即单位传热量。 对流换热系数h：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。 大容器沸腾：由浸没在具有自由表面原来静止的大容积液体内的受热面所产生的沸腾 饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。热管：在堆芯中集中了所有关于核的和合理的不利工程因素的具有最大积分功率输出、最小冷却剂流量和最大冷却剂焓升的冷却剂通道。 热点：堆芯集中了所有关于核的和合理的不利工程因素，在堆热工设计准则中定义为限制条件的点。在堆芯内最危险的燃料元 件上的点。 偏离泡核沸腾：冷却剂通道中燃料元件表面某一点的临界热流量qDNB与该点的实际热流量的比值 子通道模型：认为相邻通道是相互关联的，沿着整个堆芯高度，相邻通道的冷却剂间发生着质量、动量和热量交换。 比放射性活度：单位质量或体积的放射性核素的放射性活度。 核燃料线功率密度：单位长度的核燃料棒所释放的功率。 热阱：接受反应堆排除余热的场所。 核应急：是需要立即采取某些超出正常工作程序的行动以避免核事故发生或减轻核事故后果的状态，又称“核紧急状态”。 应急计划：又称应急响应计划。在应急计划中规定核设施营运单位、地方破府等向国家和公众所承担的应急准备和响应的任务。
第九章从原子到星系 知识梳理 1.行星卫星 2.水星金星地球火星木星土星天王星海王星 3.分子原子 4.电子正原子核负电子行星质子中子 5.核能 6.很小 7.产生消失转化转移不变 8.新能源可再生能源 基础训练 1.B【解析】太阳是银河系中的一颗恒星，它是太阳系中的唯一恒星。太阳系由八大行星组成，其中地球是八大行星之一。故选B。 2.D【解析】恒星是大质量，明亮的等离子球体；行星通常指自身不发光，环绕着恒星的天体；卫星是环绕一颗行星按闭合轨道做周期性运行的天体；彗星，或称扫帚星，是一种天体，由太阳系外围行星形成后所剩余的物质组成。故选D。 3.A【解析】原子核有质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，故选A。 4.D【解析】月球是卫星。 5.A【解析】A、永动机的不可实现，证明了能的转化和守恒定律。故A正确； B、我国煤炭和石油资源很丰富，但我国能源消耗量也是很大的，所以大力开发新能源迫在眉睫；故B错误； C、石油、天然气是不可再生能源。故C错误； D、核电站都是利用核裂变释放的能量来发电，故D错误；故选A。 6.C【解析】各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的，因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒，故C选项说法正确。故选C。 7.A【解析】A、电能是通过物质燃烧放热转化成的，或是由风能、水能、核能等转化来的，为二级能源，所以正确；B、水能是自然界中以现成形式提供的能源，不是二级能源，为一级能源，所以错误；C、天然气是矿物燃料，是经人工开采、加工后获得的，为二级能源，所以错误；D、太阳能是自然界中以现成形式提供的能源，为一级能源，所以错误。故选A。 8.原子核【解析】原子是由位于原子中心的原子核及核外绕核转动的电子组成的；故答案为：原子核。
核反应堆安全分析 Ch1: 1.1安全总目标与两个辅助目标 1.2安全设计的基本原则 1.3核安全文化的定义和含义 1.4不要求 Ch2： 2.1四种安全性因素 2.2反应堆的三种安全功能及其如何实现 2.3专设安全设施的功能及设计原则 Ch3：不要求 Ch4： 4.1：四类运行工况的定义，八种典型始发事故，核电厂运行状态示意图 4.2：看看吧 4.3：P66页的图看懂，反馈的作用 4.4—4.8：主要是事故过程分析，解释事故曲线的变化趋势。（个人认为4.6,4.7两节最重要）4.9：单老师说这一节不会考读图题，看看概念吧 4.10：大体看看吧 Ch5： 5.1：高压熔堆与低压熔堆的特点 5.2—5.4：大体了解堆芯的融化过程及压力容器与安全壳内的过程 5.5---5.6：大体看看吧，好好看看应急计划区 Ch7： 单老师说可能考PSA的三个等级，同时会有故障树分析的大题，选了PSA的同学窃喜，没选的就好好看看吧 答疑情报：题型有填空，简答与读图题，1.4与第三章不考，失水事故不考读图题，带公式的都不用看，最后他说他出题很随意，卷子还没出，那就最后出成啥样就只有天知地知他知了。先把重点的看完了，时间充裕的话那些非安全级的也大体看看吧，有点印象就行了，好好复习吧。 安全的总的目标：在核电厂里建立并维持一套有效的防护措施，以保证工作人员、社会及环境免遭放射性危害。 辅助目标： 辐射防护目标：确保在正常运行时核电厂及从核电厂释放出的放射性物质引起的辐射照射保持在合理可行尽量低的水平，并且低于规定的限值，还确保事故引起的辐射照射的程度得到缓解。 技术安全目标：有很大把握预防核电厂事故的发生；对于核电厂设计中考虑的所有事故，甚至对于那些发生概率极小的事故都要确保其放射性后果（如果有的话）是小的；确保那些会带来严重放射性后果的严重事故发生的概率非常低。 核设施的设计基准事故：每项专设安全设施都有其特定控制的事故，对其控制效率进行确定性分析来决定这些设施的设计参量，要求安全设施达到最极端设计参量的事故称为核设施的设计基准事故。 安全分析的内容：所有计划的正常运行模式；在预计运行事件下的核电厂性能；设计基准事
一、安全的总目标：核电厂里建立并维持一套有效的防护措施，以保证工作人员、居民及环境免遭放射性危害。 辐射防护目标：确保在正常运行时核电厂及从核电厂释放出的放射性物质引起的辐射照射保持在合理可行尽量低的水平，并且低于规定的限值，还确保事故引起的辐射照射的程度得到缓解。 纵深防御原则：在核电厂设计中要求提供多层次的设备和规程，用以防止事故，或在未能防止事故时保证适当的防护 纵深防御目的1：防止偏离正常运行及系统故障 2：检测和纠正偏离正常运行状态，以防止预计运行事件升级为事故工况3：限制事故的放射性后果，保障公众的安全。 4：应付可能已超出设计基准事故的严重事故，并使放射性后果合理可行尽量低。 5、减轻事故工况下可能的放射性物质释放后果 三道屏障：1燃料元件包壳：2一回路压力边界3安全壳 安全设计的基本原则：单一故障准则（在其任何部位发生单一随机故障时，仍能保持所赋予的功能）多样性原则（通过多重系统或部件中引入不同属性来提高系统的可靠性）独立性原则（功能隔离或实体分离，防止发生共因故障或共模故障）故障安全原则（核系统或部件发生故障时，电厂应能在毋需任何触发动作的情况下进入安全状态）定期试验维护检查的措施、充分采用固有安全性的设计原则、运行人员操作优化的设计。 四确保反应堆安全的四种安全性要素：(1) 自然的安全性。2非能动的安全性。 (3) 能动的安全性。。(4) 后备的安全性。固有安全性：当反应堆出现异常工况时，不依靠人为操作或外部设备的强制性干预，只是由堆的自然安全性和非能动安全性，控制反应性或移出堆芯热量，使反应堆趋于正常运行和安全停闭。四、反应堆安全设施有特定的安全功能：在所有情况下，正常运行或反应堆停闭状态1有效地控制反应性，2确保堆芯冷却，3包容放射性产物 五、专设安全设施的原因及功能 原因，当反应堆运行发生异常或事故工况下，仅仅依靠正常的控制保护系统仍不足以保障堆芯的冷却在压水堆核电厂中，一旦发生因冷却系统管道破裂的失水事故是及时反应堆紧急停闭也可以是燃料包壳烧毁，甚至熔化同时会危及安全壳的完整性。功能：1发生失水事故时，向堆芯注入含硼水；2. 阻止放射性物质向大气释放3.阻止氢气在安全壳中浓集4向蒸汽发生器应急供水。
第九章 分子结构和光谱 9.1 r HB 分子的远红外吸收光谱是一些1 94.16~-=?厘米v 等间隔的光谱线。试求r HB 分子的转动惯量及原子核间的距离。已知H 和r B 的原子量分别为1.008和79.92。 解：远红外光谱是由分子的转动能级跃迁产生的，谱线间隔都等于2B 。即B v 2~=? (1) 而 Ic h B 2 8/π= ……（2） 由（1）、（2）两式可得： 米 米 千克10 21 2 47 2 2 1042.1)(10 302.3~828--?=+? == ??=?= =Br H Br H m m m m I I r c v h BC h I μ ππ 9.2 HCl 分子有一个近红外光谱带，其相邻的几条谱线的波数是： －１ 厘米 49.2821,56.2843,09.2865,25.2906,78.2925。 H 和Cl 的原子量分别是 1.008和35.46。试求这个谱带的基线波数0 ~v 和这种分子的转动惯量。 解：由谱线的波数之差可见：除09.286525.2906-之外，其他相邻谱线之差近乎相等。而2906.25和2865.09之差相当于其他相邻谱线之差的二倍。显然这是一个振动转 动谱带。上述两谱线之间有一空位，此空位即是只有振动跃迁是的基线波数0 ~v 。给出五条谱线中，显然，头两条属于R 分支，其波数按大小顺序分别记为1 2~,~R R v v ；后三条属于P 分支，其波数按大小顺序分别写作3,2,1~~~P P P v v v 。 R 分支的谱线波数近似地由下述公式决定： ??=+= ,2,1','2~~0 J BJ v v R P 分支的谱线波数近似地由下述公式决定： ??=-= ,2,1','2~~0 J BJ v v P 因此有: (Ⅰ)?????-=? ?+=）（）（22~~12~~01 01B v v B v v P R (1)-(2) 式,得: 29.104 ~~1 1=-= P R v v B
核反应中的“质量守恒”与“质量亏损” 核反应、核反应方程以及核能的计算是在高中物理第二十二章《原子核》中的主要内容。在讲该部分时教师都会向学生介绍核反应须遵循四大“守恒”，即电荷数守恒、质量守恒、动量守恒、能量守恒。而在计算核能时是利用反应前后亏损的质量△m和爱因斯坦的质能方程E=mc2来计算核反应过程中释放的核能△E=△mc2。一方面说核反应过程中质量守恒，另一方面又说核反应过程质量亏损，二者岂不矛盾？其实不然，原因是二者所指“质量”不同。 一、核反应过程中质量守恒，其“质量”是指总质量，即静质量和动质量之和。 爱因斯坦在狭义相对论中提出质能方程E=mc2，并指出物质的质量与其运动有关。若物体静止时的质量为m（静质量），则该物体所蕴含的静止能量为mc2，即是说能量mc2包含除动能之外 ．．．．．的其它能量（如内能、势能等）之和。爱因斯坦的质能方程不仅对单一粒子适用，对多个粒子组成的物体甚至宏观物体也适用。下面利用爱因斯坦质能方程和能量守恒定律来看核反应过程中的质量守恒。 设原子核A和粒子B发生核反应，生成C、D，各粒子的静止质量和动能分别为m i和E ki(i=1、2、3、4) Ａ＋Ｂ→Ｃ＋Ｄ 静质量 m1 m2 m3 m4 动能 E k1 E k2 E k3 E K4 根据爱因斯坦的质能方程各粒子所蕴含的除动能之外的能量为m i c2,那么各粒子总能量Ｅi＝m i c2＋Ｅki 能的转化和守恒定律是自然界最基本规律之一，当然适用于原子核反应。由能量守恒，反应前总能量等于反应后总能量。即 （m 1c2+E k1）+(m2c2+E k2)=(m3 c2+E k3)+( m4 c2+E k4) 将上式两边除c2： （m 1+ ）＋（m2+）＝（m3+）＋(m4+) （※） 由上式于是引出m i1=m i+，m i1是总质量，包括两部分m i和，其中是因运动才具有，故称为动质量，那么总质量=静质量+动质量，（※）式可写成： m11+m21=m31+m41 上式可见核反应前后质量不变是指各粒子的总质量守恒，即各粒子的静质量和动质量之和不变，它是由自然界普遍规律能量守恒定律推出。 二、原子核反应中的质量亏损是指静质量的增减 在相对论中，物体运动时质量不等于静止时质量，但一般情况下速度较小，往往从静质量角度来处理问题，通常所说的质量也指静质量。因核反应过程中存在能的转化，核反应前后粒子所蕴含的静止能量mc2可能会发生变化，从而静质量在反应前后会增减。若核反应是吸收能量，核反应前后静质量会增加；若核反应放出能量，则静质量会减少，减少的质量就是核反应中亏损的质量△m，那么核反应放出的核能△E=△mc2。重核裂变与轻核聚变都属于放能核反应，反应前后粒子的静质量要减少，也即是说质量要亏损。若从能量守恒角度看，这亏损的质量△m对应的静能△mc2转化为粒子动能或者γ光子的能量。 原子核反应中的质量守恒与计算核能时所谈的质量亏损并不矛盾，下面以两个氘核聚变为例说明。
15.3 核反应核能质能方程 一、考点聚焦 核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程Ⅱ要求 核反应堆．核电站Ⅰ要求 重核的裂变．链式反应．轻核的聚变Ⅰ要求 可控热核反应．Ⅰ要求 二、知识扫描 1、核反应 在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应． 典型的原子核人工转变 14 7N+4 2 He 17 8 O+1 1 H 质子1 1 H的发现方程卢瑟福 9 4Be+4 2 He 12 6 C+1 n 中子1 n的发现方程查德威克 2、核能 （1）核反应中放出的能量称为核能 （2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2 原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、裂变 把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变 典型的裂变反应是：
235 92Ｕ+1 ｎ90 38 Ｓr+136 54 Ｘe+101 ｎ 4．轻核的聚变 把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为： 2 1Ｈ+3 1 Ｈ4 2 Ｈe+1 ｎ 5．链式反应 一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应 三、好题精析 例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为 νe＋3717Cl→3718Ar十 0 －1e 已知37 17Cl核的质量为36.95658 u，37 18Ar核的质量为36.95691 u， 0 －1e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 （A）0.82 Me V （B）0.31 MeV （C）1.33 MeV （D）0.51 MeV [解析] 由题意可得：电子中微子的能量E≥E ?=mc2-（m Ar+m e-m Cl）·931.5MeV
总复习 一基本概念 1、核自旋，镜像核，核衰变，核反应，放射系 2 、半衰期，平均寿命，衰变常量，放射性活度 3、质量亏损，质量过剩，原子核的结合能，比结合能，最后一个核子的结合能 4、级联 辐射的角关联穆斯堡尔效应 5、原子核的液滴模型，壳层结构模型（单粒子模型），集体结构模型浸渐近似 5、核反应能，核反应阈能 6、微分截面，分截面，总截面 7、内转换，同核异能态，同核异能素，同核异能跃迁 8、核反应产额，透射率 第一章 1、莫塞莱公式 2、质谱仪测核质量 3、核的半径公式 4、核自旋及其计算
5、核磁共振法测核磁矩 6、电四极矩与形变参量的关系 第二章 1、放射性衰变的基本规律 2、放射性活度 3、T1/2、λ、τ三者之间的关系式 4、连续衰变规律，放射性平衡的条件及应用 5、人工放射性的生长 6、14C 鉴年法公式 7、比结合能曲线 8、质量亏损定义式 9、质量过剩（盈余） 10、核的液滴模型与核的结合能计算式（用质量、质量过剩）、比结合能 11、结合能半经验公式 12、最后一个质子、中子的结合能计算 13、β稳定线经验公式
第五章 1、α衰变能的计算 2、α衰变能、α粒子动能及核反冲能的关系 3、α衰变的基本理论与实验规律 4 α磁谱仪基本原理 第六章 1、β衰变三种类型及其衰变能计算 2、β能谱的特点及其解释 3、β磁谱仪基本原理 4、费米理论的基本思想 5、泡利中微子假说及中微子的性质 6、衰变纲图 7、β衰变的跃迁分类和选择定则 （比较半衰期、库里厄图） 10、β衰变的宇称不守恒 第七章 1、γ衰变的跃迁分类和选择定则及其应用 2、内转换系数及其应用
第一章 1-3.试计算核素He和Li，并对比结合能之差别作讨论。 1-4.试计算ZY，ZY，ZY，三个核素的中子分离能；比较这三个分离能，可得出 什么重要结论？ 1-5.求出U的平均结合能；如果近似假定中等质量原子核的平均结合能为8.5MeV，试估计一个U核分裂成两个相同的中等原子核时，能放出多少能量？
1-6.试由质量半经验公式，试计算Ca和Co的质量，并与实验值进行比较。 1-7.利用质量半经验公式来推导稳定核素的电荷数Z与质量数A的关系式，并与β稳定线的经验公式作比较？ 1-8.试利用镜核（A相同，中子数N和质子数Z互换的一对核）N和C质量差以及质量半经验公式来近似估算原子核半径参量Y。
1-11.在核磁共振法研究原子Mg的基态（=5/2+）的磁特性实验中，当恒定磁场的强度=5.4Gs以及高频磁场的频率为v=1.40MHz时，发现了能量的共振吸收，试求gI因子及核磁矩。 1-12.假定核电荷Ze均匀分布在两个主轴分别为a和c（c沿对称轴）的旋转椭球内，试推导公式（1.6.6）。（Q=Z（-））
第二章 2-1.核力有哪些主要性质？对每一种性质，要求举一个实验事实。
2-3.试计算从中取出一个质子所需的能量；并进行比较，从中可得出什么结论？ 2-4.由质量半经验公式估算和的基态质量差，并与实验值比较。（Y0取1.4fm） 2-5.根据壳层模型决定下列一些核的基态自旋和宇称： ，，，，，，，
2-6.实验测得的最低三个能级Iπ为3/2-（基态），1/2-和3/2+；测得的最低4个能级的Iπ为3/2-（基态），5/2-，1/2-和7/2-，试与单粒子壳模型的预言相比较，并对比较结果作出定性说明。 第三章 3-1.一个放射性核素的平均寿命为10d，试问经过5天衰变的数目以及在第五天内发生衰变的数目是原来的多少（百分比）？ 3-2.已知1mg每分钟放出740个α粒子，试计算1g的放射性强度 （T=4.5Y10^9年）。 3-3.是重要医用放射性同位素，半衰期为5.26年，试问1g的放射性强度？100mCi的钴源中有多少质量Co？
第九章 原子和原子核综合练习 【例题精选】： 例1、在匀强磁场中，一静止的原子核A ，发生α亮度，变为原子核'A ；静止的原子核B 发生β衰变，变为原子核'B 。发出的α粒子和β粒子速度均垂直于磁场，α、'A 、β、'B 的经迹如图所示，则[ ] A ．a 图为α亮度，I 为'A 核Ⅱ为α粒子 B ．b 图为衰变，Ⅲ为'A 核Ⅳ为α粒子 C ．a 图为β衰变，I 为核'B 为粒子 D ．b 图为α衰变，Ⅳ为'A 核Ⅲ为α粒子 分析：衰变时动量单位：m v M V A A αα=?'' 因为速度方向垂直磁场作匀速圆周运动 Bqv m v R R mv Bq p Bq R q q q R R A R R B A A B === ∴<∴>'>'''' 2 1α αβααβ大圆为粒子小圆为核同理 大圆为粒子小圆为核 ,, 再根据左手则定：a) 圆为β衰变，且I 为'B 核，II 为β粒子 b) 圆为α衰变，且Ⅳ为'A 核，Ⅳ为α粒子 例2、在上例中若测得（b ）圆中两园半径之比为44∶1，则原子核A 中的质子数为 A ．44 B ．46 C ．88 D ．90 分析： R mv Bq p Bq == ∴R q α1 设n A A 为核质子数' ∴==''R R n e e A A α244 1 A 核质子数：n A '=88 A 核质子数：n A '=+=88290
例3、静止的镭核88226R α发生又衰变，变为氢核88222 R α，已知镭核氢核和α粒 子的质量分别为：2260254222016340026.;.;.μμμ,若衰变放出的能量都转变为氢核和粒子的动能，求粒子的动能？ 解法一： 释放的核能： ()?E m m m Mev Mev Ra Rn =--?=α9315605.. 衰变时，动量守恒 O m v m v Rn Rn =+?αα()1 衰变时，能量守恒 ?E m v m v Rn n =+1212 222 αα() 由（1）V m m v Rn Rn =-?αα ()3 将（3）代入（2） ∴==+= +?=E m v m m m E Mev Rn Rn αααα12222 42226055942 ?.. 解法二：衰变时动量守恒，设α粒子和氢核动量大小为p ，则动能为 E p m E p m E E m m E E E E E E E E Mev Rn Rn Rn Rn Rn Rn Rn αα αα αααα= = ∴ ==+?????==+∴=2 2222224 605594?即.. 【综合练习】： 1、关于下列说法中正确的是[ ]
第一章绪论（简答） 1. 核反应堆分类： 按中子能谱分快中子堆、热中子堆 按冷却剂分轻水堆(压水堆,沸水堆)、重水堆、气冷堆、钠冷堆 按用途分研究试验堆:研究中子特性、生产堆: 生产易裂变材料、动力堆:发电舰船推进动力2.各种反应堆的基本特征: 3.压水堆优缺点： 4.沸水堆与压水堆相比有两个优点：第一是省掉了一个回路，因而不再需要昂贵的蒸汽发生器。第二是工作压力可以降低。为了获得与压水堆同样的蒸汽温度，沸水堆只需加压到约72个大气压，比压水堆低了一倍。 5.沸水堆的优缺点： 6.重水堆优缺点：优点： ●中子利用率高（主要由于D吸收中子截面远低于H） ●废料中含235U极低，废料易处理 ●可将238U 转换成易裂变材料 238U + n →239Pu 239Pu + n →A+B+n+Q(占能量一半)
缺点： ●重水初装量大，价格昂贵 ●燃耗线（8000～10000兆瓦日／T（铀）为压水堆1/3） ●为减少一回路泄漏（因补D2O昂贵）对一回路设备要求高 7.高温气冷堆的优缺点：优点： ●高温，高效率（750～850℃，热效率40％） ●高转换比，高热耗值（由于堆芯中没有金属结构材料只有核燃料和石墨，而石墨吸收中子截面小。转换比0.85，燃耗10万兆瓦日/T（铀）） ●安全性高（反应堆负温度系数大，堆芯热容量大，温度上升缓慢，采取安全措施裕量大） ●环境污染小（采用氦气作冷却剂，一回路放射性剂量较低，由于热孝率高排出废热少）●有综合利用的广阔前景（如果进一步提高氦气温度～900℃时可直接推动气轮机；～1000℃时可直接推动气轮机热热效率大于50％；～1000－1200℃时可直接用于炼铁、化工及煤的气化） ●高温氦气技术可为将来发展气冷堆和聚变堆创造条件 8.钠冷快堆的优缺点：优点： ●充分利用铀资源 239Pu + n →A+B＋2.6个n 238U + 1.6个n →1.6个239Pu （消耗一个中子使1.6个238U 转换成239Pu ）●堆芯无慢化材料、结构材料，冷却剂用量少 ●液态金属钠沸点为895℃堆出口温度可高于560 ℃ 缺点： ●快中子裂变截面小，需用高浓铀（达～33％） ●对冷却剂要求苛刻，既要传热好又不能慢化中子，Na是首选材料，Na是活泼金属，遇水会发生剧烈化学反应，因此需要加隔水回路 9.各种堆型的特点、典型运行参数 第二章堆芯材料选择和热物性（简答） 1.固体核燃料的5点性能要求：教材14页 2.常见的核燃料：金属铀和铀合金、陶瓷燃料、弥散体燃料 3.选择包壳材料，必须综合考虑的7个因素：包壳材料的选择 ?中子吸收截面要小 ?热导率要大 ?材料相容性要好
原子核物理知识点归纳 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长， 一般把寿命长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 4 34ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上