10.A：核物理学（答案）
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检查你的理解
10.1。 八
10.2。 更难的
10.3。 半衰期与衰减率成反比，因此半衰期很短。 活性既取决于衰变粒子的数量，也取决于衰减率，因此活性可以很大，也可以很小。
10.4。 都不是；它保持不变。
10.5。 一样的
10.6。 将质量转化为能量
10.7。 权力
概念性问题
1。 原子的原子核由一个或多个核子组成。 核子是指质子或中子。 核素是稳定的核。
3。 由于能量质量等效，绑定系统的质量应小于其组成部分\(\displaystyle (E=mc^2)\)。 如果系统的能量减少，则系统的总质量就会降低。 假设两块砖块是电中性的，如果两块砖彼此相邻放置，则它们之间的吸引力纯粹是引力的。 砖块之间的引力相对较小（与强核力相比），因此质量缺陷太小，难以观察。 如果砖块与水泥粘在一起，则质量缺陷同样很小，因为参与键合的电子之间的电相互作用仍然相对较小。
5。 原子核表面的核子与较少的核子相互作用。 这会降低每个核子的结合能，这是基于原子核中所有核子的平均值。
7。 它是恒定的。
9。 伽玛 (γ) 射线由核相互作用产生，X 射线和光是由原子相互作用产生的。 伽玛射线的波长通常比 X 射线短，而 X 射线的波长比光短。
11。 假设一个矩形坐标系，其 xy-plane 对应于纸张的平面。αα 弯曲到页面（xz-平面中的轨迹为抛物线）；\(\displaystyle β^+\)弯曲到页面（xz 平面中的轨迹为抛物线）；\(\displaystyle γ\)并且不弯曲。
13。 是的。 原子弹是裂变弹，裂变炸弹是通过分裂原子核而产生的。
15。 原子核中核子之间的短程力类似于水滴中水分子之间的力。 特别是，原子核表面核子之间的力产生的表面张力类似于水滴的表面张力。
17。 聚变过程中产生的原子核每个核子的结合能比融合的原子核大。 也就是说，核聚变会降低系统中核子的平均能量。 能量差作为辐射带走。
19。 α粒子不容易穿透皮肤和衣服等材料。 （回想一下，α辐射几乎无法穿过一张薄纸。） 但是，当在体内产生时，邻近的细胞很脆弱。
问题
21。 使用规则\(\displaystyle A=Z+N\)。
| 原子数 (Z) | 中子数 (N) | 质量数 (A) | |
| (a) | 29 | 29 | 58 |
| (b) | 11 | 13 | 24 |
| (c) | 84 | 126 | 210 |
| (d) | 20 | 25 | 45 |
| (e) | 82 | 124 | 206 |
23。 a.\(\displaystyle r=r_0A^{1/3},ρ=\frac{3u}{4πr_0^3}\);
b。\(\displaystyle ρ=2.3×10^{17}kg/m^3\)
25。 边长 =\(\displaystyle 1.6μm\)
27。 92.4 MeV
29。 \(\displaystyle 8.790MeV≈graph’s value\)
31。 a. 7.570 兆电子伏；
b.\(\displaystyle 7.591MeV≈\) 图表的值
33。 衰减常数等于斜率的负值或\(\displaystyle 10^{−9}s^{−1}\). 原子核（也就是材料）的半衰期为\(\displaystyle T_{1/2}=693\)百万年。
35。 a. 衰减常数为\(\displaystyle λ=1.99×10^{−5}s^{−1}\)
b. 由于锶-91 的原子质量为 90.90 g，因此 1.00 克样品中的原子核数最初为
\(\displaystyle N_0=6.63×10^{21}nuclei\)。
锶-91的初始活性为
\(\displaystyle A_0=λN_0=1.32×10^{17}decays/s\)
的活动\(\displaystyle t=15.0\)\(\displaystyle h=5.40×10^4s\)是
\(\displaystyle A=4.51×10^{16}decays/s\)。
37。 \(\displaystyle 1.20×10^{−2}mol; 6.00×10^{−3}mol; 3.75×10^{−4}mol\)
39。 a. 0.988 Ci；
b. 与 Ci 单位成立时相比，更确切地知道的半衰期。\(\displaystyle ^{226}Ra\)
41。 a.\(\displaystyle 2.73μg\);
b。\(\displaystyle 9.76×10^4Bq\)
43。 a.\(\displaystyle 7.46×10^5Bq\);
b。\(\displaystyle 7.75×10^5Bq\)
45。 a. 4.273 兆电子伏；
b.\(\displaystyle 1.927×10^{−5}\);
c. 由于\(\displaystyle ^{238}U\)是一种缓慢腐烂的物质，因此在人类时间尺度上只有极少数原子核衰变；因此，尽管那些衰变的原子核损失了其质量的明显一部分，但宏观样品无法检测到样品总质量的变化。
47。 a.\(\displaystyle ^{90}_{38}Sr_{52}→^{90}_{39}Y_{51}+β^{−1}+\bar{v_e}\);
b. 0.546 兆电子伏
49。 \(\displaystyle ^{3}_1H_2→^3_2He_1+β^−+\bar{v_e}\)
51。 a.\(\displaystyle ^7_4Be+3+e^−→^7_3Li_4+v_e\);
b. 0.862 兆电子伏
53。 a.\(\displaystyle X=^{208}_{82}Pb_{126}\);
b. 33.05 兆电子伏
55。 a. 177.1 兆电子伏；
b. 该值大约等于重核的平均 BEN。
c.\(\displaystyle n+^{238}_{92}U_{146}→^{96}_{38}Sr_{58}+^{140}_{54}Xe_{86}+3n\)，
\(\displaystyle A_i=239=A_f\)，
\(\displaystyle Z_i=92=38+54=Z_f\)
57。 a.\(\displaystyle 2.57×10^3MW\);
b.\(\displaystyle 8.04×10^{19}\) 裂变/秒；
c. 991 千克
59。 我。\(\displaystyle ^1_1H+^1_1H→^2_1H+e^++v_e\)
\(\displaystyle A+i=1+1=2;A_f=2, Z_i=1+1=2;\)
\(\displaystyle Z_f=1+1=2\)
二。 \(\displaystyle ^1_1H+^2_1H→^3_2H+γ\)
\(\displaystyle A_i=1+2=3;A_f=3+0=3, Z_i=1+1=2\)
\(\displaystyle Z_E=1+1=2\);
三。 \(\displaystyle ^3_2H+^3_2H→^4_2H+^1_1H+^1_1H\)
\(\displaystyle A_i=3+3=6;A_f=4+1+1=6, Z_i=2+2=4\)
\(\displaystyle Z_f=2+1+1=4\)
61。 26.73 MeV
63。 a.\(\displaystyle 3×10^{38}protons/s\);
b.\(\displaystyle 6×10^{14}neutrinos/m^2⋅s\);
如此庞大的数字表明中微子很少相互作用，因为大型探测器每天观测到的很少。
65。 a. 氘的原子质量\(\displaystyle (^2H)\)为2.014102 u，而钍的原子质量\(\displaystyle (^3H)\)为3.016049 u，每次反应总共为5.032151 u。 因此，一摩尔反应物的质量为5.03 g，而在1.00 kg中，有反应\(\displaystyle (1000g)/(5.03g/mol)=198.8mol\)物的质量。 因此，发生的反应数量是
\(\displaystyle (198.8mol)(6.02×10^{23}mol^{−1})=1.20×10^{26}reactions\)。
总能量输出是反应次数乘以每次反应的能量：
\(\displaystyle E=3.37×10^{14}J\);
b. 功率是单位时间的能量。 一年过去了\(\displaystyle 3.16×10^7s\)，所以
\(\displaystyle P=10.7MW\)。
我们预计核过程将产生大量能量，这里的确如此。 熔合1.00千克氘和钍\(\displaystyle 3.37×10^{14}J\)产生的能量输出相当于260万加仑汽油，大约是摧毁广岛的炸弹的八倍。 然而，普通的后院游泳池里面有大约6千克的氘气，因此，如果能够控制地使用燃料，则燃料充足。
67。 \ (\ displaystyle g_y=\ frac {Sv} {RBE}：
a. 0.01 Gy;
b. 0.0025 Gy;
c. 0.16 Gy
69。 1.24 MeV
71。 1.69 毫米
73。 对于癌症：\(\displaystyle (3rem)(\frac{10}{10^6rem⋅y})=\frac{30}{10^6y},\)每年死于诱发癌症的风险为百万分之三十。 对于遗传缺陷：\(\displaystyle (3rem)(\frac{3.3}{10^6rem⋅y})=\frac{9.9}{10^6y},\)每年诱发遗传缺陷的几率为百万分之一。
其他问题
75。 原子质量 (Cl) =35.5g/mol
77。 a.\(\displaystyle 1.71×10^{58}kg\);
b. 这个质量大得难以置信；它比整个银河系的质量还要大。
c.\(\displaystyle ^{236}U\) 不是通过在地球上长期运行的自然过程产生的，而是通过核反应堆中的人工过程产生的。
79。 如果\(\displaystyle 10%\)在 2.00 cm 之后留下光线，\(\displaystyle (0.100)^2=0.01=1%\)则只在 4.00 cm 之后留下。 这比你的实验室伙伴的结果小得多 (\(\displaystyle 5%\))。
81。 a.\(\displaystyle 1.68×10^{−5}Ci\);
(b) 根据附录B，每次衰变释放的能量为4.27兆电子伏，所以\(\displaystyle 8.65×10^{10}J\)；
(c) 能源的货币价值为\(\displaystyle $2.9×10^3\)
83。 我们知道这一点，\(\displaystyle λ=3.84×10^{−12}s^{−1}\)而且\(\displaystyle A_0=0.25decays/s⋅g=15decays/min⋅g\).
因此，该墓的年龄是
\(\displaystyle t=−\frac{1}{3.84×10^{−12}s^{−1}}ln\frac{10decays/min⋅g}{15decays/min⋅g}=1.06×10^{11}s≈3350y\)。
挑战问题
85。 a.\(\displaystyle 6.97×10^{15}Bq\);
b. 6.24 千瓦；
c. 5.67 kW
87。 a. 由于泄漏，涡轮机室中的压力显著下降。 现在，涡轮室和蒸汽冷凝器之间的压差非常低。
b. 蒸汽需要很大的压差才能通过涡轮腔并使涡轮机转动。
89。 能量是
\(\displaystyle E_γ=20.6MeV\)
\(\displaystyle E_{4_{He}}=5.68×10^{−2}MeV\)。
请注意，大部分能量流向 γγ射线。