V. 放射現象和核能(Radioactivity and Nuclear Energy)

1. 輻射與放射現象

• 輻射類型與特性：

  • 比較α、β、γ三種放射線的本質（氦核、電子、電磁波）、貫穿能力及電離能力。

  • 分析放射線在電場/磁場中的偏轉行為（如α與β方向相反）及雲室中的徑跡差異。

• 放射衰變：

  • 解釋放射性核素的不穩定性，驗證衰變的隨機性，定義半衰期及衰變常數的關係。

  • 應用指數衰變公式 ，計算剩餘原子核數或衰變率。

  • 討論本底輻射的來源（如宇宙射線、土壤中的鈾）。

• 輻射探測與安全：

  • 介紹蓋革計數器與感光底片的探測原理，以希沃特（Sv）衡量輻射劑量對人體的影響。

  • 提出防護措施（如屏蔽、縮短暴露時間）與放射性廢料處理挑戰。

2. 原子模型與核反應

• 原子結構：

  • 描述盧瑟福原子模型（核+電子），用符號表示核素。

  • 解釋同位素（如碳-12與碳-14）及放射性同位素的應用（如醫學示蹤劑）。

• 核嬗變與方程：

  • 寫出α、β衰變的核反應式，平衡質量數與電荷數。

3. 核能與質能轉換

• 核裂變與核聚變：

  • 對比裂變（重核分裂，如鈾-235）與聚變（輕核結合，如太陽內部的氫核反應）的能量釋放機制。

  • 說明核電廠中鏈式反應的控制（控制棒、減速劑）。

• 質能守恆：

  • 應用愛因斯坦公式 E=Δmc²，計算核反應中的能量變化（如1 u = 931.5 MeV）。

  • 分析核燃料與化石燃料的能量效率差異。