2024年高考物理總復(fù)習(xí)第一部分知識(shí)點(diǎn)梳理第十六章近代物理第2講原子核

第2講原子核

整合教材-夯實(shí)必備知識(shí)

一、天然放射現(xiàn)象（選三第五章1、2節(jié)）

原子序及大于83的孔春，

都能發(fā)生火火放豺現(xiàn)象。

1.天然放射現(xiàn)象

⑴放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子

核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

⑵放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)

①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)指

昆

②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、用作示蹤原子等。

③防護(hù)：防止放射性對(duì)人體組織的傷害。

2.原子核的組成：原子核是由質(zhì)壬和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

3.原子核的衰變

⑴衰變：原子核放出a粒子或B粒子，變成另一種原壬核的變化。

⑵分類

人.4234

a衰變:我一22丫+:幽，如第8U-9。Th+$He

B衰變號(hào)X》；+]Y+.]%,如鋸打2”底小

⑶實(shí)質(zhì)

0Ya

②

a射線為高速氮核流,速度為光速的看；B射線為高速電子流,速度為光速的99%；Y射線為光

子（電磁波）O

半蓑期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是好大

一…，量的原子核衰變規(guī)律的您結(jié)。

⑷半衰期：放射性元素的原子核有生數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。半衰期由原子核內(nèi)部的因素決

定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

二、核力和核能（選三第五章3、4節(jié)）

1.核能

⑴結(jié)合能：核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，也稱核能。

⑵比結(jié)合能

①定義：原子核的結(jié)合能與蚯數(shù)之比，也叫平均結(jié)合能。

②物理意義：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越太，表示原子核中核子結(jié)合得

越牢固，原子核越穩(wěn)定。

⑶質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損：愛因斯坦質(zhì)能方程后醒,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量

和要小△/〃，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能△層A虛。

2.獲得核能的途徑

⑴重核裂變

①定義：鈾核在被中子轟擊后分裂成質(zhì)量差不多的兩部分的核反應(yīng)。

②特點(diǎn)：裂變過(guò)程中能夠放出巨大的能量；同時(shí)放出2々（或更多）個(gè)中子；裂變的產(chǎn)物不是唯一

89

的。典型的裂變方程啜51；+柄->36奸+第41^+3色。

⑵輕核聚變

①定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的核反應(yīng)。輕核聚變反應(yīng)必須在通溫下進(jìn)行，因此又叫

熱核反應(yīng)。

②優(yōu)點(diǎn):a.產(chǎn)能效率高；b.聚變材料的儲(chǔ)量豐富;C.更為安全、清潔。

③典型的聚變方程：

204r

1H+?H->2He+Jn+17.6MeV,

【質(zhì)疑辨析】

角度1天然放射現(xiàn)象

⑴貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象，說(shuō)明原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)。（V）

⑵B衰變和光電效應(yīng)中產(chǎn)生的電子，都來(lái)源于核外電子。（X）

⑶Y射線本質(zhì)是光子，是伴隨著a衰變或B衰變產(chǎn)生的。（V）

⑷如果某放射性元素的原子核有1000個(gè)，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后還剩500個(gè)。（X）

⑸將某放射性元素由地球轉(zhuǎn)移到月球上，其半衰期可能變化。（X）

角度2核反應(yīng)和核能

⑹質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。（X）

⑺原子核的比結(jié)合能隨著原子序數(shù)的增大而增大。（X）

⑻重核裂變和輕核聚變是兩個(gè)典型釋放核能的反應(yīng)。（V）

精研考點(diǎn)-提升關(guān)鍵能力

考點(diǎn)一原子核的衰變及半衰期（核心共研）

【核心要點(diǎn)】

1.三種射線

名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離作用穿透能力

最弱（在空氣中只能前

a射線氮核卯e+2e4u最輕

進(jìn)幾厘米）

1較強(qiáng)（能穿透幾毫米厚

0---u

B射線電子.1e-e較強(qiáng)

1836的鋁板）

最強(qiáng)（能穿透幾厘米厚

Y射線光子Y00最弱

的鉛板）

2.衰變規(guī)律

衰變類型a衰變B衰變

AA?4AAn

衰變方程"、2丫+血2z+產(chǎn).1e

2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電

衰變實(shí)質(zhì)射出子

2；H+2§nf：He

aj—

為強(qiáng)磁場(chǎng)中軌跡

分布01

兩圓外切，a粒子運(yùn)動(dòng)半徑較大兩圓內(nèi)切，B粒子運(yùn)動(dòng)半徑較大

衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒

3.對(duì)半衰期的理解：

⑴半衰期是大量原子核衰變時(shí)遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)個(gè)別或少量原子核，無(wú)半衰期可言。

⑵根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式慶/〃j原（芋。式中川原、/〃源表示衰變前的放

射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，八4、/〃余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量，E

A.%8,/T=6B.ZZT=6,n=S

C.nr=4,n=10D./n=2,n=12

【解析】選A。衰變過(guò)程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，則有238=206+4〃汁〃X0,92=82+2〃L〃,

聯(lián)立解得〃尸8,ZF6,故選Ao

角度3衰變與力學(xué)綜合問(wèn)題

［典例3］（多選）（2024?寧德瑛擬）靜止在。點(diǎn)的14C原子核發(fā)生衰變的同時(shí)，空間中加入如圖

所示的勻強(qiáng)電場(chǎng)。之后衰變產(chǎn)物48兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如如圖中虛線所示，不計(jì)重力和

兩粒子間的相互作用，下列說(shuō)法正確的是（）

A.A、4兩粒子均帶正電

B.KC原子核發(fā)生的是。衰變

C4粒子為我Be

D.衰變后瞬間4夕粒子速度比為5：2

【解析】選A、B、Co根據(jù)48兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，可知其所受電場(chǎng)力均與電場(chǎng)方向相同，4

6兩粒子均帶正電2氣原子核發(fā)生的是。衰變，故A、B正確；根據(jù)從8兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，該

10

核反應(yīng)方程為段Cf4Be+eHe,衰變過(guò)程動(dòng)量守恒有例匕-/如療0,可知質(zhì)量越大，速度越小出Be

的初速度小于卯e的初速度，粒子在磁場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，則有尸爪尸黑/，解得產(chǎn)黑，可

知當(dāng)兩粒子豎直方向的位移相等時(shí),：°Be粒子的水平位移較小,4粒子為：°Be,故C正確。衰變

過(guò)程動(dòng)量守恒有如匕-皈所0,可得衰變后瞬間4、8粒子速度比為匕?：療2:5,D錯(cuò)誤。

【備選例題】

（多選）（2023?贛州模擬）某空間為真空環(huán)境，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為反方向豎直向下的

足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，一缽核/9Pli靜止在磁場(chǎng)中的0點(diǎn)，某時(shí)發(fā)生衰變，生成新核登句和a

粒子，其中質(zhì)量為4勿、電荷量為2。的a粒子以動(dòng)量大外2沿水平向右運(yùn)動(dòng)，若衰變釋放的核

能全部轉(zhuǎn)化為兩種粒子的動(dòng)能，且兩粒子運(yùn)動(dòng)中只受勻強(qiáng)磁場(chǎng)的洛倫茲力作用，下列說(shuō)法正確

的是（）

O

B

235

A.缽衰變時(shí)的核反應(yīng)方程式為器9PU->92U+和e

B.衰變過(guò)程中質(zhì)量虧損約為《J

184mc2

C.新核和a粒子的運(yùn)動(dòng)半徑之比約為46：1

D.新核的5U與a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比約為235：184

【解析】選A、Do根據(jù)后量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知缽衰變時(shí)的核反應(yīng)方程式為

235

卷叩口-92U+和e,A正確；根據(jù)動(dòng)量守恒可知新核與a粒子動(dòng)量大小均為.利用動(dòng)量和動(dòng)能

之間的關(guān)系可知瓦蕓?惹,凡4?；,根據(jù)質(zhì)能方程可知虧損的質(zhì)量△爐里?二離錯(cuò)

2235m24mc21880mc2

誤;根據(jù)行叱，可得片等胃，由于新核與Q粒子動(dòng)量大小均為p,因此八：r.=2q:92</=1:

rqBqB

235m

46,C錯(cuò)誤；根據(jù)可知新核能5U與a粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期之比詈二等魯,D正確。

考點(diǎn)二核反應(yīng)及核反應(yīng)類型（基礎(chǔ)自悟）

【核心要點(diǎn)】

1.核反應(yīng)的四種類型

類型可控性核反應(yīng)方程典例

衰a衰變自發(fā)筍U-：飛+抽

90N

234o

變B衰變自發(fā)品Th-91Pa+_1e

17

/N+和。一只O0+犯（盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子）

和e+邪e-：c+M（查德威克發(fā)現(xiàn)中子）

人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?/p>

卷A1+卯ef猾P+/約里奧?居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同

得P-：：Si+把位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子

比較容易第5u+/f"Ba+羽Kr+3新（核電站提供核能的原理）

重核裂變

控制才U+E；：Xe+密r+10M

輕核聚變（熱4

ALA很難控制汨+在一,Hc+新（太陽(yáng)通過(guò)熱核反應(yīng)向外釋放能量）

核反應(yīng)）

2.核反應(yīng)方程式的書寫：

⑴熟記常見基本粒子的符號(hào)，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子（犯）、中子Gn）、。粒

子（eHe）、B粒子C「e）、正電子（褪）、笊核（犯）、盆核。H）等。

⑵核反應(yīng)過(guò)程遵循兩個(gè)守恒：

①質(zhì)量數(shù)守恒;②電荷數(shù)守恒。

⑶由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“一”表示反應(yīng)方向，而不能用“二二

【題點(diǎn)全練】

角度1核反應(yīng)的類型

L（2023?天津和平區(qū)模擬）新中國(guó)成立后，我國(guó)無(wú)數(shù)科技工作者以全世界獨(dú)一無(wú)二的熱情及艱

苦奮斗的精神投入核武器的研制工作之中，終于在1964年、1967年分別成功爆炸我國(guó)第一顆

原子彈和第一顆氫彈。下列核反應(yīng)方程可表示氫彈的爆炸原理的是（）

A.WHef：0+；H

235

C

B.>2U+0n->38Sr+546Xe+100n

234

c238u

S2

9oTh

4

D.?H+?H-2He+Jn

【解析】選D。A項(xiàng)是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，不符合題意;B項(xiàng)是重核裂變方程，對(duì)應(yīng)原子彈

爆炸的核反應(yīng)方程，不符合題意;C項(xiàng)是原子核衰變方程，不符合題意;D項(xiàng)是氫核聚變方程，對(duì)

應(yīng)氫彈爆炸的核反應(yīng)方程，故D符合題意。

2.重核裂變和輕核聚變是人類獲得核能的兩種主要途徑，關(guān)于裂變和聚變，下列敘述正確的是

（）

A.裂變過(guò)程有質(zhì)量虧損，聚變過(guò)程無(wú)質(zhì)量虧損

4

B.核聚變反應(yīng)方程在1+小-2呢+*中,X表示電子

C.裂變釋放能量，聚變吸收能量

D.氫彈的核反應(yīng)屬于聚變，原子彈的核反應(yīng)屬于裂變

【解析】選Do裂變和聚變熬釋放出巨大能量，都伴隨著質(zhì)量的虧損，故A、C錯(cuò)誤;核聚變反

4

應(yīng)方程包+汨-2也+和中，X表示中子,B錯(cuò)誤；原子彈的核反應(yīng)屬于裂變，氫彈的核反應(yīng)屬于

聚變，故D正確。

【加固訓(xùn)練】

（多選）核反應(yīng)是指入射粒子（或原子核）與原子核（稱靶核）碰撞導(dǎo)致原子核狀態(tài)發(fā)生變化

或形成新核的過(guò)程?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，核反應(yīng)3gHe-;）+7.27MeV,將氮核?He）轉(zhuǎn)化為碳核（記。，

下列說(shuō)法正確的是（）

A.該核反應(yīng)前后有質(zhì)量虧損

B.該核反應(yīng)前后的核子數(shù)減少

C.氮核的比結(jié)合能大于碳核的比結(jié)合能

D.—個(gè)碳核的中子數(shù)為6

【解析】選A、Do該核反應(yīng)有能量放出，根據(jù)質(zhì)能方程可知該核反應(yīng)前后質(zhì)量有虧損,A正確;

根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，核反應(yīng)中的核子數(shù)保持不變，B錯(cuò)誤；該核反應(yīng)釋放能量，表明生成核比

反應(yīng)核更加穩(wěn)定，而比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，因此碳核的比結(jié)合能大于氨核的比結(jié)合

能,C錯(cuò)誤；一個(gè)碳核的中子數(shù)為12-6二6用正確。

角度2核反應(yīng)方程的書寫

3.（2022?湖北選擇考）上世紀(jì)四十年代初，我國(guó)科學(xué)家王澄昌先生首先提出證明中微子存在的

實(shí)驗(yàn)方案：如果靜止原子核部e俘獲核外K層電子e,可生成一個(gè)新原子核X,并放出中微子v

。，即犯。+°^°e->X+gveo根據(jù)核反應(yīng)后原子核X的動(dòng)能和動(dòng)量，可以間接測(cè)量中微子的能量

和動(dòng)量，進(jìn)而確定中微子的存在。下列說(shuō)法正確的是（）

A.原子核X是

B.核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變

C.核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同

D.中微子V,的電荷量與電子的相同

【解析】選A。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有，X的質(zhì)量數(shù)為7,電荷數(shù)為3,可知原子核X是

pi,A正確、C錯(cuò)誤；由選項(xiàng)A可知，原子核X是復(fù)i,則核反應(yīng)方程為部2+°皆e-：Li+gv

e,則反應(yīng)前的總質(zhì)子數(shù)為4,反應(yīng)后的總質(zhì)子數(shù)為3,B錯(cuò)吳；中微子不帶電，則中微子V。的電荷

量與電子的不相同，D錯(cuò)誤。

角度3重核裂變和輕核聚變

4.（2023?湖南選擇考）2023年4月13日，中國(guó)“人造太陽(yáng)”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置（EAST）

創(chuàng)下新紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前

邁出了重要的一步。下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是（）

A.相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多

B.笊瓶核聚變的核反應(yīng)方程為包+汨一到c+.Jc

C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235

D.核聚變反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有質(zhì)量虧損

【解析】選A。對(duì)于相同質(zhì)量的核燃料，輕核聚變產(chǎn)生的核能比重核裂變產(chǎn)生的核能更多，A正

確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，笊京核聚變的核反應(yīng)方程為tHe+Jn.B錯(cuò)

誤;核聚變的核反應(yīng)燃料主要是笊核和氤核,C錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)過(guò)程中放出大量能量，有質(zhì)量

虧損，D錯(cuò)誤。故選A。

【加固訓(xùn)練】

235

在如圖所示的核反應(yīng)堆中，用中子轟擊92生成更穩(wěn)定的黑Kr、56Ba和粒子X(jué),可實(shí)現(xiàn)

可控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)以釋放核能，鎘棒能很好地吸收熱中子。下列說(shuō)法正確的是（）

小棒

石！

鎘露

防護(hù)層

核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)

A.粒子X(jué)為質(zhì)子

B.該核反應(yīng)與太陽(yáng)上主要進(jìn)行的核反應(yīng)相同

C.該核反應(yīng)為重核的裂變

D.115U的質(zhì)量比弱Kr與劈Ba的總質(zhì)量小

OQ

【解析】選Co我們寫出核反應(yīng)方程為/+的5[Jf"Kr+公，Ba+X,根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守

恒，可以計(jì)算出X的電荷數(shù)為0,質(zhì)量數(shù)為3,是3個(gè)中子，故A錯(cuò)誤;該反應(yīng)為核裂變，而太陽(yáng)上

主要進(jìn)行的是輕核聚變，不是同種核反應(yīng),B錯(cuò)誤,C正確；裂變過(guò)程會(huì)釋放出核能,有質(zhì)量虧損,

故D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)三質(zhì)量虧損及核能計(jì)算（核心共研）

【核心要點(diǎn)】

1.愛因斯坦質(zhì)能方程反映的是質(zhì)量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系，并不表示質(zhì)量

和能量之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系。以下幾點(diǎn)要明確：

⑴物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損指的是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量

轉(zhuǎn)化為和輻射能量有關(guān)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。

⑵在核反應(yīng)中仍然遵守質(zhì)量守恒和能量守恒定律。

⑶質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)化多少的一種量度。

2.核能計(jì)算的方法

⑴根據(jù)計(jì)算時(shí),△力的單位是“kg”，。的單位是Q/s”,△夕的單位是“J”。

⑵根據(jù)A層△=X931.5MeV計(jì)算時(shí)，△加的單位是“u”，△夕的單位是“MeV”。

⑶根據(jù)核子比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能二核子比結(jié)合能X核子數(shù)。

（4）應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能：根據(jù)物體的質(zhì)量力和摩爾質(zhì)量"由爐求出物質(zhì)的量，并求

出原子核的個(gè)數(shù):「忙N爐風(fēng)m由題設(shè)條件求出一個(gè)原子核與另一個(gè)原子核反應(yīng)放日或吸收的

能量笈（或直接從題目中找出瑜;再根據(jù)尼A瓦求出總能量。

【典例剖析】

角度1結(jié)合能和比結(jié)合能

［典例4］硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)。硼核（”B）進(jìn)入癌細(xì)胞后，吸收中子轉(zhuǎn)變成鋰核

和a粒子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為外，中子的質(zhì)量為偏,鋰核的質(zhì)量為M真空中的光速為c。則鋰

原子核的比結(jié)合能為（）

/、,（3縱+4圈一.防c

4

B.；（3縱+4卬「奶c~

C」（加3幽廠4偏）c~

4

D.，加3偏-4加c

【解析】選Bo根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可知硼核吸收中子發(fā)生的核反應(yīng)方程為

7

Ji+罰e,鋰核［Li）分解成3個(gè)質(zhì)子和4個(gè)中子，吸收的能量△后△

?3

〃心2二（3得+4〃仁助占鋰（'i）原子共有7個(gè)核子，故鋰原子核的比結(jié)合能為一二33偏+4偏-防片故

選B。

角度2利用質(zhì)能方程求解核能

[典例5]（2023?長(zhǎng)沙模擬）1919年，盧瑟福用a粒子轟擊氮原子核（尹2發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，首次實(shí)現(xiàn)

了原子核的人工轉(zhuǎn)變。已知核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化成了鏟0和質(zhì)子的動(dòng)能，/N,70,a粒子,

質(zhì)子的質(zhì)量分別為01、色，加3,例，真空中的光速為C,則（）

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A.發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是/N+：He-&O+?n

B.釋放的核能等于和質(zhì)子的總動(dòng)能

C.釋放的核能等于（股+如-⑶-加c

D.釋放核能的原因是，。的結(jié)合能大于/N和Q粒子總的結(jié)合能

【解析】選D。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程是尹N+和故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)釋放核能的原因

是的結(jié)合能大于/N和。粒子總的結(jié)合能，釋放的核能等于（m+加-您-陽(yáng)）上也等于反應(yīng)后

￥0和質(zhì)子總動(dòng)能與反應(yīng)前/N和。粒子總動(dòng)能之差，故B、C錯(cuò)誤,D正確。

角度3核反應(yīng)中能量和動(dòng)量守恒

[典例6]（2023?東莞模擬）如圖所示是原子核器6Ra發(fā)生Q衰變的能級(jí)圖瀚6Ra經(jīng)凡衰變直接

變至馥2網(wǎng)基態(tài)，或者衰變至一個(gè)激發(fā)態(tài)絲2加?①，然后通過(guò)釋放一個(gè)光子衰變至第加基態(tài)。

若226

88

222

A.盥6Ra原子核的比結(jié)合能大于86原子核的比結(jié)