Мякишев (11кл) стр.301-375 (Физика. М. «Просвещение», 2007) «Физика атомного ядра» изучает строение и превращение атомных ядер, используя следующие методы, - основанные на принципе «ружья» - небольшое усилие на курок – эффект значителен. Газоразрядный счетчик Гейгера ионизируют газ между (+) и (-) - разряд за счет большого напряжения - импульсный режим за счет R. Камера Вильсона – конденсация пара на ионах при движении частиц. Пузырьковая камера Глейзера – пузырьки пара на ионах. Метод толстослойных эмульсий – ионизация бромида серебра – фотография трека. ЕСВ,Мэв М I. <Основные понятия> 1. Радиоактивность – самопроизвольное превращение ядер, сопровождаемое α, β и γ – излучением 1.1 α – ядра 1.2 β – электроны с υ ≈ С (υ = var) 1.3 γ – электромагнитные волны с большой проникающей способностью λ = 108 1011м - следуют за рентгеновскими . 2 Запись MZ X - Х – химический элемент, М – массовое число(Nn+Np), Z – зарядовое число ядра(заряд=Z*e). 3.Активность радиоактивного вещества(А) - число распадов радиоактивных ядер за 1 с. 4. Период полураспада – Т – это время, в течение которого распадается половина атомов. 5. Изотопы – элементы с одинаковыми химическими свойствами (Z1 = Z2), но различаются, например, по радиоактивности (М1 М2). Все химические элементы имеют изотопы, например, водород имеющий молярную массу = 1 – водород, = 2 – дейтерий, = 3 – тритий (последний радиоактивен). (Из-за наличия изотопов - дробное, например, у Сℓ = 35,5·103). 6. Нейтрон – частица, открытая в 1932году Джеймсом Чедвиком в ядерной реакции 49 Ве 24Не126С 01n , нейтрон нестабилен – через 15 минут превращается в электрон + протон + нейтрино (частица, лишенная массы покоя в переводе с итальянского нейтрончик) масса n чуть больше массы Р. 7. Ядерная сила – сила взаимодействия между составными частями ядра (протонами и нейтронами – нуклонами). Эта сила ≈ в 1000раз больше Кулоновских сил. НО!! проявляется на малых расстояниях 10-12 10-13см. 8. Энергия связи – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны (в термоядерной реакции наоборот) энергия связи определяется через дефект масс ∆mЯ. Если МЯ – масса ядра , mр – масса несвязанных протонов, mn – масса несвязанных нейтронов, то : ∆mЯ = r·mp + N·mn - mЯ . Энергия связи ЕСВ = ∆mЯ·С2. (Зная ЕСВ, можно найти ∆ mЯ = ЕСВ / С2). 9. Удельная энергия связи - Еу это ЕСВ , приходящаяся на один нуклон. Еу ≈ 8МэВ/нуклон. Еу – меньше у сильно легких и сильно тяжелых (см. рис.). 10. Доза излучения – отношение поглощенной энергии ионизирующего излучения к массе облучаемого вещества D= E/m. 11. Коэффициент размножения нейтронов k – отношение числа нейтронов в каком–либо «поколении» к их числу предшествующего поколения – условие течения цепной реакции - k>1. 12. Критическая масса – наименьшая масса делящегося вещества, при которой может протекать цепная ядерная реакция. 13. Элементарные частицы три этапа представленны : 1 – 1897 – 1932г. – все состоит из неделимых атомов. 2 – 1932 – 1964г. – от позитрона до кварков. Элементарные частицы превращаются друг в друга и это факт их существования. При встрече античастиц – анигиляция – порождение других частиц или квантов. 14. Кварки – 6 неделимых частиц, из которых строятся сильно взаимодействующие частицы. 15. Лептоны – частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях (электрон, 3-и сорта нейтрино, мюон и таулептон). II. <Основные понятия> 1. Искусственные превращения ядер. Резерфорд в 1919 году открыл в ядерной реакции. 2. «Постоянство» излучения – интенсивность излучения не зависит от температуры, Р [Па], от того в какой химический состав входит (то есть состояние ядра не зависит от состояния атома, молекулы). 3. Радиоактивность сопровождается выделением энергии – например 1г радия за 1час с α, β и γ – излучением 582Дж. 4. Правило смещения - при α распаде MZ X MZ 42Y 24He в результате Х «сместился» на две клетки к началу таблицы Менделеева. при β – распаде MZ X ZM1Y 01 - смещается на клетку в конец ; γ – распаде смещения нет –теряется энергия и ↓ незначительно масса. 5. Основной закон радиоактивного распада – если Nо – число радиоактивных атомов в момент t = 0, а Т – пе t риод полураспада, то число атомов N оставшееся через время t , N = No 2 T , действиN No N тельно при t1 = T ; N 1 o , при t2 = 2T ; N 2 o , при t2 = 3T ; N 3 и т.д. 2 2 2 2 2 2 Активность А = dNрасп/dt ,где Nрасп - число распадов радиоактивных ядер, учитывая что Nрасп = No - No 2 t T , а также что 2 = e ln 2 ,запишем Nрасп = No - No e ln 2t / T , ln 2t / T Продифференцировав получим А = dNрасп/dt = ( - No e )*( -ln2/T) =N*(0,694/T) 6. Ядерные реакции – называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. 6.1. Первая ядерная реакция 37 Li11H 24 He 24He . В этой реакции энергия связи ( 24 Не )×2 меньше энергии связи 37 Li , что приводит к энергетическому выходу. Эта энергия переходит в кинетическую энергию частиц, но может 27 24 быть и с поглощением энергии. 6.2. Ядерные реакции на нейтронах 13 А 01n11 Na 24He лучше протекают эти реакции на медленных нейтронах и их замедляют в воде. 6.3. Цепные : процесс деления за счет того, что при соударении ядро делится на осколки и FКулона > Fядерных – идет разлет осколков. Удельная энергия связи нуклона в ядре урана 235 около 7,6 Мэв, а осколков реакции около 8,5 Мэв. Поэтому в результате реакции выделяется в расчете на один нуклон 8,57,6=0,9Мэв, а при делении одного ядра 0,9*235 = 210 Мэв = 3,2·10 -11 Дж 7 . Термоядерные реакции – реакции слияния легких ядер при очень высоких температурах. Масса покоя ядра урана больше суммы масс покоя осколков – за счет этого выделяется энергия. Для легких ядер все наоборот масса покоя ядра меньше суммы масс покоя составляющих и поэтому при объединении выделяется энергия : 12 Н 13Н 24 Не 10 n 17,6МэВ III. <Применение> АЭС, меченые атомы в науке и практике, медицине – воздействие на злокачественную опухоль, археология – возраст с помощью 146С .