Презентация к ур ф 11 кл Цепные яд реакции

I.
1) Хронология исторических ядерных реакций;
2) Определение ядерной реакции;
3) Виды ядерных реакций с учётом энергетического выхода;
4) Алгоритм расчёта энергетического выхода
ядерной реакции;
5) «Физический поединок» - расчёт энергетического выхода
Ядерной реакции.
II.
1)
2)
3)
4)
5)
Капельная модель атомного ядра по Бору;
Ядерная реакция на нейтронах;
Деление ядер урана;
Цепная ядерная реакция;
Условия протекания цепной ядерной реакции в уране-235.
III.
IV.
1) Решение задач.
1) Рефлексия;
2) Оценки за урок;
3) Домашнее задание.
Ход урока.
I. Актуализация знаний.
1. Пронумеровать реакции в хронологическом порядке:
1 • 1) первое превращение ядра:
14
7N
(1919 год, Э.Резерфорд)
+ 42He  178O + 11H;
6 • 2) реакция синтеза ядер изотопов водорода с образованием ядра гелия:
2
1D
+ 31T  42He + 10n + 17,6 МэВ.
2 • 3) открытие нейтрона: (1932 год, Дж. Чедвик)
4 • 4) первое искусственное получение
радиоактивного элемента и открытие
позитрона;
4
2He
+ 94Be  126C + 10n4
( 1932 год, Ф. Жолио-Кюри)
5
• 5) реакция деления урана;
(1938 год, О.Ган, Г.Штрассман)
3
• 6) первое использование ускоренных протонов;
(1932 год)
1
2
3
4
5
6
1)
3)
6)
4)
5)
2)
2. Ядерными реакциями называются . . .
процессы, результатом которых является перестройка атомных ядер.
Ядерные реакции происходят в соответствии с законами сохранения
энергии, импульса, электрического заряда, числа нуклонов и др.
Суммарная масса конечных продуктов ядерных реакций не равна
массе исходных продуктов.
3. Виды ядерных реакций с учётом энергетического выхода:
1. Реакции с выделением
энергии.
1. Сумма масс исходных
частиц больше суммы
масс получившихся
частиц.
2. Реакции с поглощением
энергии.
2. Сумма масс исходных
частиц меньше суммы
масс получившихся
частиц.
Энергия,
равная разности между суммарной энергией связи исходных ядер
и
суммарной энергией связи образовавшихся ядер,
называется . . .
энергетическим выходом реакции.
4. Алгоритм расчёта энергетического выхода ядерной реакции:
1. Определить
массу ядер и
частиц m1 до
реакции;
2. Определить
массу ядер и
частиц m2
после реакции;
3. Определить
изменение
массы
Δm = m1 - m2
(1 а.е.м. =
= 1,66  10-27кг)
4. Рассчитать
изменение
энергии
ΔЕ = Δ m · c2
5. Рассчитать энергетический выход ядерной реакции:
14
Дано:
m (147N) = 14,00307 а.е.м.
m (42He) = 4,00260 а.е.м.
m (178O) = 16,99913 а.е.м.
m (11H) = 1,00783 а.е.м.
ΔE-?
7N
+ 42He  178O + 11H  ? МэВ.
Решение:
5. Рассчитать энергетический выход ядерной реакции:
14
Дано:
7N
+ 42He  178O + 11H  ? МэВ.
Решение:
m (147N) = 14,00307 а.е.м.
1) До реакции: m1=m(N)+m(He);
m (42He) = 4,00260 а.е.м.
m1=18,00567а.е.м.
m (178O) = 16,99913 а.е.м.
2) После реакции: m2=m(O)+m(H);
m (11H) = 1,00783 а.е.м.
m2=18,00696 а.е.м.
3) Δm=m1- m2 = - 0,000129 а.е.м.
ΔE-?
4) Δ E = Δm ∙ 931 МэВ/а.е.м.
Δ E = - 1,2 МэВ.
Ответ: в ходе ядерной реакции выделилось 1,2 МэВ.
II. Изучение нового материала.
1. Капельная модель атомного ядра по Бору:
Существует несколько моделей атомных ядер, описывающих их
строения и свойства, а также возможные реакции между ядрами.
Согласно простейшей капельной модели Бора ядро представляет
собой каплю несжимаемой заряженной ядерной “жидкости”,
имеющую сферическую форму.
Для описания ядерных реакций также приходится использовать
модельные представления. При не слишком больших энергиях
сталкивающихся частиц можно принять модель составного ядра,
предложенную Бором. Если частица а налетает на ядро А, то на
первом этапе они сливаются , образуя новое составное ядро
С* в возбуждённом состоянии. На втором этапе возбуждённое
ядро распадается на конечные продукты ядерной реакции В и b:
А + а → С* → В + b.
2. Ядерная реакция на нейтронах.
Так как нейтроны лишены заряда, то они свободно проникают в
атомные ядра и вызывают их превращения. Итальянский физик
Э. Ферми (под его руководством в декабре 1942 г. в Чикаго,
США, был запущен первый в мире ядерный реактор) обнаружил,
что ядерные превращения вызываются не только быстрыми, но
и медленными нейтронами, причём даже эффективнее. Для
получения управляемой ядерной реакции быстрые нейтроны
надо замедлить.
Замедлителем может служить обыкновенная вода, т.к. в ней
содержится большое число протонов (ядер водорода), масса
которых почти равна массе нейтронов. При столкновении
одинаковых по массе частиц происходит интенсивная передача
энергии от налетающего нейтрона протону.
3. Деление ядер урана.
Деление ядер урана было открыто в 1938 г. немецкими учёными
О.Ганном и Г.Штрассманом. Выяснилось, что делиться могут
ядра только тяжёлых элементов.
Ядро урана-235 имеет форму шара . Поглотив лишний электрон,
ядро возбуждается и начинает деформироваться . Оно
растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между
половинками не начнут преобладать над силами притяжения.
После этого ядро разрывается на две части . Под действием
кулоновских сил отталкивания эти осколки разлетаются со
скоростью 1/30 скорости света. Самое важное в реакции деления
– это появление двух-трёх нейтронов.
У возникших при делении осколков число нейтронов оказывается
больше, чем это допустимо. В результате несколько нейтронов
покидает ядро.
4. Цепная ядерная реакция.
Цепная ядерная реакция – это . . .
процесс, в котором определённая реакция вызывает
последующие реакции такого же типа.
При делении ядра урана образовавшиеся нейтроны могут
вызвать следующие деления ядер, при этом число нейтронов
быстро растёт.
Отношение числа нейтронов в одном акте деления к числу
таких нейтронов в предыдущем акте называется . . .
коэффициентом размножения нейтронов k.
При k 1 реакция затухает, т.к. число поглощённых нейтронов
больше числа вновь образовавшихся.
При k 1 ( даже при k=1,01 ) почти мгновенно происходит взрыв.
При k = 1 идёт стационарная цепная реакция.
Цепная реакция сопровождается выделением огромной
энергии. При полном сгорании всех ядер 1 г урана выделяется:
2,3 · 104 кВт · ч энергии.
Это эквивалентно энергии, получаемой при сгорании
3 тонн угля или 2,5 т нефти.
Для осуществления цепной реакции нельзя использовать
любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов.
Естественный уран состоит из двух изотопов:
урана-235 и урана-238, но изотопы
урана-235 составляют всего 0,7%. Ядра урана-238 могут
делиться лишь под влиянием нейтронов большой энергии.
Такую энергию имеют 60% нейтронов, появляющихся при
делении.
Примерно 1 из 5 нейтронов вызывает деление урана-238,
остальные нейтроны захватываются этим изотопом,
не вызывая деления.
5. Условия протекания цепной ядерной реакции в уране-235:
•достаточная для вызывания деления ядер урана скорость
нейтронов;
•отсутствие примесей, поглощающих нейтроны;
•минимальное количество вещества, называемое
критической массой
(иначе будет велика утечка нейтронов).
Первая управляемая цепная ядерная реакция была
осуществлена в США в 1942 г. (Э.Ферми).
В СССР такая реакция была получеа в 1946 г. (И.В.Курчатов).
III. Закрепление.
1. Решение задачи.
При реакции деления ядер урана-235 выделилось
1,204 · 1026 МэВ энергии.
Определить массу распавшегося урана,
если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.
Дано:
ΔЕ = 1,204 · 1026 МэВ
Е1 = 200 МэВ
NA = 6,02 ∙ 1023 моль-1
М(U) = 235 · 10-3 кг/моль
m -?
III. Закрепление.
1. Решение задачи.
При реакции деления ядер урана-235 выделилось
1,204 · 1026 МэВ энергии.
Определить массу распавшегося урана,
если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии.
Решение:
Число распавшихся нейтронов:
26
ΔЕ = 1,204 · 10 МэВ
N = ΔЕ/Е1;
N = m/M · NA;
Е1 = 200 МэВ
тогда имеет место равенство
-1
NA = 6,02 ∙ 1023 моль
ΔЕ/Е1 = m/M · NA, и значит:
М(U) = 235 · 10-3 кг/моль m = (ΔЕ М) / (Е1 NA)
m = ( 1,204 · 1026 МэВ · 235 · 10 –3
m -?
кг/моль) / ( 200 МэВ · 6,02 · 1023
моль –1) = 0,235 кг.
Дано:
Ответ: 0,235 кг.
IV. Итоги урока:
1. Рефлексия.
1) Перечислите условия протекания цепной ядерной реакции
в уране-235.
2) Ядерная энергия – «За» и «Против»:
Ядерное оружие.
Хиросима
Погибло
и
Нагасаки
Погибло
66.000 39.000
1945 год
Мирный атом
Э. Ферми
(1).mp4
Припять
Чернобыль
(1).mp4
17 миллионов людей, включая 2.5
миллиона детей младше 5 лет,
подверглись действию радиации
Ядерная энергия -
2) Домашнее задание: а) § 108, § 109;
б) Задача:
при делении одного ядра урана-235 освобождается
энергия 200 МэВ. Вычислите ядерную энергию,
выделяющуюся при делении 3 кг урана-235.
Какой груз можно поднять на высоту 10 км
за счёт этой энергии?
Ответ: 250 тонн.