Συνέβη η ακόλουθη πυρηνική αντίδραση 27 18. Πυρηνικές αντιδράσεις (καθήκοντα). Τι είναι η πυρηνική δεσμευτική ενέργεια

Θεωρία:Οι πυρηνικές αντιδράσεις υπακούουν στους νόμους της διατήρησης της μάζας και του φορτίου.
Η συνολική μάζα πριν από την αντίδραση είναι ίση με τη συνολική μάζα μετά την αντίδραση, το συνολικό φορτίο πριν από την αντίδραση ισούται με το συνολικό φορτίο μετά την αντίδραση.
Για παράδειγμα:
Τα ισότοπα είναι ποικιλίες ενός δεδομένου χημικού στοιχείου που διαφέρουν ως προς τη μάζα των ατομικών τους πυρήνων. εκείνοι. Οι αριθμοί μάζας είναι διαφορετικοί, αλλά οι αριθμοί χρέωσης είναι ίδιοι.

Το σχήμα δείχνει την αλυσίδα μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε μόλυβδο-206. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα στο σχήμα, επιλέξτε δύο σωστές από την προτεινόμενη λίστα δηλώσεων. Αναφέρετε τον αριθμό τους.

1) Στην αλυσίδα των μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε σταθερό μόλυβδο-206, απελευθερώνονται έξι πυρήνες ηλίου.
2) Το Πολώνιο-214 έχει τον μικρότερο χρόνο ημιζωής στην παρουσιαζόμενη αλυσίδα ραδιενεργών μετασχηματισμών.
3) Ο μόλυβδος με ατομική μάζα 206 υφίσταται αυθόρμητη διάσπαση άλφα.
4) Το ουράνιο-234, σε αντίθεση με το ουράνιο-238, είναι ένα σταθερό στοιχείο.
5) Ο αυθόρμητος μετασχηματισμός του βισμούθου-210 σε πολώνιο-210 συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου.
Λύση: 1) Στην αλυσίδα των μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε σταθερό μόλυβδο-206, απελευθερώνονται όχι έξι, αλλά οκτώ πυρήνες ηλίου.
2) Το Πολώνιο-214 έχει τον μικρότερο χρόνο ημιζωής στην παρουσιαζόμενη αλυσίδα ραδιενεργών μετασχηματισμών. Το διάγραμμα δείχνει ότι ο χρόνος είναι ο συντομότερος για το πολώνιο-214
3) Ο μόλυβδος με ατομική μάζα 206 δεν υφίσταται αυθόρμητη διάσπαση άλφα, είναι σταθερός.
4) Το ουράνιο-234, σε αντίθεση με το ουράνιο-238, δεν είναι σταθερό στοιχείο.
5) Ο αυθόρμητος μετασχηματισμός του βισμούθου-210 σε πολώνιο-210 συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου. Επειδή απελευθερώθηκε ένα σωματίδιο βήτα.
Απάντηση: 25
Ανάθεση OGE στη φυσική (fipi):Ποιο σωματίδιο Χ απελευθερώθηκε ως αποτέλεσμα της αντίδρασης;

Λύση:μάζα πριν την αντίδραση 14 + 4 = 18 amu, φορτίο 7e + 2e = 9e, για να ικανοποιηθεί ο νόμος διατήρησης της μάζας και του φορτίου, το σωματίδιο Χ πρέπει να έχει 18 - 17 = 1 amu. και 9e - 8e = 1e, επομένως το σωματίδιο Χ είναι πρωτόνιο.
Απάντηση: 4
Ανάθεση OGE στη φυσική (fipi):Ο πυρήνας του θορίου έγινε πυρήνας ραδίου. Τι σωματίδιο εκπέμπεται από τον πυρήνα του θορίου;

3) σωματίδιο άλφα
4) β-σωματίδιο
Λύση:Η μάζα άλλαξε κατά 4 και το φορτίο κατά 2, επομένως, ο πυρήνας του θορίου εξέπεμπε ένα σωματίδιο άλφα.
Απάντηση: 3
Ανάθεση OGE στη φυσική (fipi):

1) σωματίδιο άλφα
2) ηλεκτρόνιο

Λύση:Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του στοιχείου είναι 4, και το φορτίο είναι 2, επομένως, είναι ένα σωματίδιο άλφα.
Απάντηση: 1
Ανάθεση OGE στη φυσική (fipi):

1) σωματίδιο άλφα
2) ηλεκτρόνιο

Λύση:Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του στοιχείου είναι 1 και το φορτίο είναι 0, επομένως, είναι νετρόνιο.
Απάντηση: 4
Ανάθεση OGE στη φυσική (fipi):

3) ηλεκτρόνιο
4) σωματίδιο άλφα
Λύση:Ένα σωματίδιο γάμμα δεν έχει ούτε μάζα ούτε φορτίο, επομένως το άγνωστο σωματίδιο έχει μάζα και φορτίο ίσο με 1, το άγνωστο σωματίδιο είναι πρωτόνιο.
Απάντηση: 1
Όταν ένα νετρόνιο συλλαμβάνεται από έναν πυρήνα, σχηματίζεται ένα ραδιενεργό ισότοπο. Κατά τη διάρκεια αυτού του πυρηνικού μετασχηματισμού, εκπέμπει

4) ηλεκτρόνιο
Λύση:Ας γράψουμε την αντίδραση σύλληψης
+ -> + ? .
Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του άγνωστου στοιχείου είναι 4, και το φορτίο είναι 2, επομένως, είναι ένα σωματίδιο άλφα.

1. Να αναφέρετε πολλές πυρηνικές αντιδράσεις στις οποίες μπορεί να σχηματιστεί το ισότοπο 8Be.

2. Ποια ελάχιστη κινητική ενέργεια στο εργαστηριακό σύστημα Tmin πρέπει να έχει ένα νετρόνιο για να καταστεί δυνατή η αντίδραση 16 O(n,α) 13 C;

3. Είναι η αντίδραση 6 Li(d,α) 4 He ενδόθερμη ή εξώθερμη; Δίνονται οι ειδικές ενέργειες δέσμευσης των πυρήνων σε MeV: ε(d) = 1,11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33.

4. Προσδιορίστε τα κατώφλια πόρων Τ για αντιδράσεις φωτοδιάσπασης 12 C.

γ + 12 C → 11 C + n
γ + 12 C → 11 V + r
γ + 14 C → 12 C + n + n

5. Προσδιορίστε τα κατώφλια αντίδρασης: 7 Li(p,α) 4 He και 7 Li(p,γ) 8 Be.

6. Προσδιορίστε ποια ελάχιστη ενέργεια πρέπει να έχει ένα πρωτόνιο για να καταστεί δυνατή η αντίδραση p + d → p + p + n. Δίνονται υπερβολικές μάζες. Δ(1 Η) = 7,289 MeV, Δ(2 Η) = 13,136 MeV,
Δ(n) = 8,071 MeV.

7. Είναι πιθανές αντιδράσεις:

α + 7 Li → 10 B + n;
α + 12 C → 14 N + d

υπό την επίδραση σωματιδίων α με κινητική ενέργεια Τ = 10 MeV;

8. Προσδιορίστε το σωματίδιο X και υπολογίστε τις ενέργειες αντίδρασης Q στις ακόλουθες περιπτώσεις:

1. 35 Cl + X→ 32 S + α;	4. 23 Na + p→ 20 Ne + X;
2. 10 B + X→ 7 Li + α;	5. 23 Na + d→ 24 Mg + X;
3. 7 Li + X → 7 Be + n;	6. 23 Na + d→ 24 Na + X.

9. Ποια ελάχιστη ενέργεια Tmin πρέπει να έχει ένα δευτερόνιο για να διεγείρει μια κατάσταση με ενέργεια Eexc = 1,75 MeV ως αποτέλεσμα ανελαστικής σκέδασης σε πυρήνα 10 Β;

10. Υπολογίστε το κατώφλι αντίδρασης: 14 N + α→ 17 O + p, σε δύο περιπτώσεις, εάν το προσπίπτον σωματίδιο είναι:
1) α-σωματίδιο,
2) Πυρήνας 14 N Ενέργεια αντίδρασης Q = 1,18 MeV. Εξηγήστε το αποτέλεσμα.

1. d(p,γ) 3 He;	5. 32 S(γ,p) 31 P;
2. d(d, 3 He)n;	6. 32 (γ,n) 31 S;
3. 7 Li(p,n) 7 Be;	7. 32 S(γ,α) 28 Si;
4. 3 He(α,γ) 7 Be;	8. 4 He(α,p) 7 Li;

12. Ποιοι πυρήνες μπορούν να σχηματιστούν ως αποτέλεσμα αντιδράσεων υπό την επίδραση: 1) πρωτονίων με ενέργεια 10 MeV σε στόχο 7 Li; 2) 7 πυρήνες Li με ενέργεια 10 MeV σε στόχο υδρογόνου;

13. Ο πυρήνας 7 LI συλλαμβάνει ένα αργό νετρόνιο και εκπέμπει ένα γ-κβάντο. Ποια είναι η ενέργεια ενός γ-κβαντικού;

14. Προσδιορίστε σε ένα εργαστηριακό σύστημα την κινητική ενέργεια του πυρήνα 9 Be που σχηματίζεται σε τιμή κατωφλίου ενέργειας νετρονίων στην αντίδραση 12 C(n,α) 9 Be.

15. Όταν ένας στόχος φυσικού βορίου ακτινοβολήθηκε, παρατηρήθηκε η εμφάνιση ραδιενεργών ισοτόπων με χρόνο ημιζωής 20,4 min και 0,024 s. Ποια ισότοπα σχηματίστηκαν; Ποιες αντιδράσεις οδήγησαν στο σχηματισμό αυτών των ισοτόπων;

16. Ένας φυσικός στόχος βορίου βομβαρδίζεται με πρωτόνια. Μετά το τέλος της ακτινοβολίας, ο ανιχνευτής σωματιδίων κατέγραψε δραστηριότητα 100 Bq. Μετά από 40 λεπτά, η δραστηριότητα του δείγματος μειώθηκε σε ~25 Bq. Ποια είναι η πηγή της δραστηριότητας; Τι πυρηνική αντίδραση συμβαίνει;

17. Ένα σωματίδιο α με κινητική ενέργεια T = 10 MeV υφίσταται μια ελαστική μετωπική σύγκρουση με έναν πυρήνα 12 C Προσδιορίστε την κινητική ενέργεια σε hp. 12 πυρήνες C T C μετά από σύγκρουση.

18. Προσδιορίστε τη μέγιστη και την ελάχιστη ενέργεια των πυρήνων 7 Be που σχηματίστηκαν στην αντίδραση
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) υπό την επίδραση επιταχυνόμενων πρωτονίων με ενέργεια T p = 5 MeV.

19. -Τα σωματίδια που εκπέμπονται υπό γωνία θ ανελαστική = 30 0 ως αποτέλεσμα της αντίδρασης ανελαστικής σκέδασης με διέγερση της κατάστασης του πυρήνα 12 C με ενέργεια E exc = 4,44 MeV, έχουν την ίδια ενέργεια σε hp με αυτά που είναι ελαστικά διασκορπισμένα στον ίδιο πυρήνας α- σωματίδια υπό γωνία θ έλεγχος = 45 0. Προσδιορίστε την ενέργεια των σωματιδίων α που πέφτουν στο στόχο.

20. Τα α-σωματίδια με ενέργεια T = 5 MeV αλληλεπιδρούν με τον ακίνητο πυρήνα 7 Li. Προσδιορίστε το μέγεθος των παλμών στο S.C.I που δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης 7 Li(α,n) 10 B νετρόνιο p α και 10 B p Be.

21. Χρησιμοποιώντας την αντίδραση 32 S(α,p) 35Cl, μελετώνται διεγερμένες καταστάσεις χαμηλού επιπέδου 35C1 (1,219, 1,763, 2,646, 2,694, 3,003, 3,163 MeV). Ποια από αυτές τις καταστάσεις θα διεγερθεί από μια δέσμη σωματιδίων α με ενέργεια 5,0 MeV; Προσδιορίστε τις ενέργειες των πρωτονίων που παρατηρούνται σε αυτή την αντίδραση σε γωνίες 0 0 και 90 0 σε E = 5,0 MeV.

22. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα παλμών, λάβετε τη σχέση μεταξύ των γωνιών σε hp. και s.c.i.

23. Ένα πρωτόνιο με κινητική ενέργεια T a = 5 MeV προσκρούει σε πυρήνα 1 H και διασκορπίζεται ελαστικά πάνω του. Προσδιορίστε την ενέργεια T B και τη γωνία σκέδασης θ B του πυρήνα ανάκρουσης 1 N, εάν η γωνία σκέδασης πρωτονίων θ b = 30 0.

24. Η αντίδραση t(d,n)α χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή νετρονίων. Προσδιορίστε την ενέργεια των νετρονίων T n που εκπέμπονται υπό γωνία 90 0 σε μια γεννήτρια νετρονίων χρησιμοποιώντας δευτερόνια επιταχυνόμενα σε ενέργεια T d = 0,2 MeV.

25. Για την παραγωγή νετρονίων χρησιμοποιείται η αντίδραση 7 Li(p,n) 7 Be. Ενέργεια πρωτονίων T p = 5 MeV. Το πείραμα απαιτεί νετρόνια με ενέργεια T n = 1,75 MeV. Σε ποια γωνία θ n σε σχέση με την κατεύθυνση της δέσμης πρωτονίων θα εκπέμπονται νετρόνια με τέτοια ενέργεια; Ποια θα είναι η εξάπλωση των ενεργειών νετρονίων ΔT εάν απομονωθούν με τη χρήση ρυθμιστή 1 cm που βρίσκεται σε απόσταση 10 cm από τον στόχο.

26. Προσδιορίστε την τροχιακή ροπή του τριτίου l t που σχηματίστηκε στην αντίδραση 27 Al(,t) 28 Si, αν η τροχιακή ροπή του προσπίπτοντος σωματιδίου α l α = 0.

27. Σε ποια σχετική τροχιακή γωνιακή ορμή ενός πρωτονίου είναι δυνατή η πυρηνική αντίδραση p + 7 Li → 8 Be * → α + α;

28. Με ποια τροχιακή ροπή l p μπορούν να εκπέμπονται πρωτόνια στην αντίδραση 12 C(,p) 11 B, εάν: 1) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση και απορροφάται ένα φωτόνιο Ε2. 2) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στην κατάσταση 1/2 + και το φωτόνιο Μ1 απορροφάται. 3) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση και το φωτόνιο Ε1 απορροφάται;

29. Ως αποτέλεσμα της απορρόφησης ενός -κβαντικού από τον πυρήνα, εκπέμπεται ένα νετρόνιο με τροχιακή ορμή l n = 2 Να προσδιορίσετε την πολυπολικότητα του -κβαντικού αν ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

30. Ο πυρήνας 12 C απορροφά ένα γ-κβάντο, με αποτέλεσμα να εκπέμπεται ένα πρωτόνιο με τροχιακή ορμή l = 1 Προσδιορίστε την πολυπολικότητα του απορροφούμενου γ-κβαντικού αν ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση;

31. Προσδιορίστε την τροχιακή ορμή του δευτερονίου l d στην αντίδραση λήψης 15 N(n,d) 14 C, εάν η τροχιακή ορμή του νετρονίου l n = 0.

33. Ο πυρήνας των 40 Ca απορροφά το γ-κβάντο Ε1. Ποιες μεταβάσεις ενός σωματιδίου είναι δυνατές;

34. Ο πυρήνας των 12 C απορροφά το γ-κβάντο Ε1. Ποιες μεταβάσεις ενός σωματιδίου είναι δυνατές;

35. Είναι δυνατόν να διεγείρουμε μια κατάσταση με χαρακτηριστικά J P = 2 + , I = 1 στην αντίδραση ανελαστικής σκέδασης δευτερονίων σε πυρήνα 10 V;

36. Υπολογίστε τη διατομή σκέδασης ενός σωματιδίου με ενέργεια 3 MeV στο πεδίο Coulomb του πυρήνα 238 U στο εύρος γωνίας από 150 0 έως 170 0.

37. Μια πλάκα χρυσού με πάχος d = 0,1 mm ακτινοβολείται από μια δέσμη σωματιδίων α με ένταση N 0 = 10 3 σωματίδια/s. Κινητική ενέργεια -σωματιδίων Τ = 5 MeV. Πόσα σωματίδια α ανά μονάδα στερεάς γωνίας πέφτουν ανά δευτερόλεπτο σε έναν ανιχνευτή που βρίσκεται υπό γωνία = 170 0; Πυκνότητα χρυσού ρ = 19,3 g/cm3.

38. Μια ευθυγραμμισμένη δέσμη σωματιδίων α με ενέργεια T = 10 MeV πέφτει κάθετα πάνω σε φύλλο χαλκού με πάχος δ = 1 mg/cm 2. Τα σωματίδια διασκορπισμένα υπό γωνία = 30 ανιχνεύονται από έναν ανιχνευτή με εμβαδόν S = 1 cm 2 που βρίσκεται σε απόσταση l = 20 cm από τον στόχο. Ποιο κλάσμα του συνολικού αριθμού των διασκορπισμένων σωματιδίων α θα καταγραφεί από τον ανιχνευτή;

39. Κατά τη μελέτη της αντίδρασης 27 Al(p,d) 26 Al υπό την επίδραση πρωτονίων με ενέργεια T p = 62 MeV στο φάσμα δευτερονίων μετρήθηκε υπό γωνία θ d = 90 χρησιμοποιώντας ανιχνευτή στερεάς γωνίας
dΩ = 2·10 -4 sr, παρατηρήθηκαν κορυφές με ενέργειες T d = 45,3. 44,32; 40,91 MeV. Με συνολικό φορτίο πρωτονίων q = 2,19 mC που προσπίπτει σε στόχο με πάχος δ = 5 mg/cm2, ο αριθμός των μετρήσεων Ν σε αυτές τις κορυφές ήταν 5180, 1100 και 4570, αντίστοιχα. Προσδιορίστε τις ενέργειες των επιπέδων του πυρήνα 26 Al, η διέγερση του οποίου παρατηρήθηκε σε αυτή την αντίδραση. Να υπολογίσετε τις διαφορικές διατομές dσ/dΩ αυτών των διεργασιών.

40. Η ολοκληρωμένη διατομή για την αντίδραση 32 S(γ,p) 31 P με το σχηματισμό του τελικού πυρήνα 31 P στη θεμελιώδη κατάσταση σε ενέργεια προσπίπτοντος γ κβαντών ίση με 18 MeV είναι 4 mb. Υπολογίστε την τιμή της ολοκληρωμένης διατομής της αντίστροφης αντίδρασης 31 P(p,γ) 32 S, που αντιστοιχεί στην ίδια ενέργεια διέγερσης του πυρήνα 32 S όπως στην αντίδραση 32 S(γ,p) 31 P. Λάβετε υπόψη ότι αυτή η διέγερση αφαιρείται λόγω της μετάβασης γ στη θεμελιώδη κατάσταση.

41. Υπολογίστε την ένταση της δέσμης νετρονίων J με την οποία ακτινοβολήθηκε μια πλάκα 55 Mn πάχους d = 0,1 cm για t act = 15 min, αν t ψυχθεί = 150 min μετά το τέλος της ακτινοβολίας, η δραστηριότητά της I ήταν 2100 Bq. Ο χρόνος ημιζωής των 56 Mn είναι 2,58 ώρες, η διατομή ενεργοποίησης είναι σ = 0,48 b, η πυκνότητα της ουσίας της πλάκας είναι ρ = 7,42 g/cm3.

42. Η διατομή διαφορικής αντίδρασης dσ/dΩ υπό γωνία 90 0 είναι 10 mb/sr. Υπολογίστε την τιμή της ακέραιης διατομής αν η γωνιακή εξάρτηση της διαφορικής διατομής έχει τη μορφή 1+2sinθ.

43. Η σκέδαση αργών (T n 1 keV) νετρονίων στον πυρήνα είναι ισότροπη. Πώς μπορεί να εξηγηθεί αυτό το γεγονός;

44. Προσδιορίστε την ενέργεια διέγερσης ενός σύνθετου πυρήνα που σχηματίζεται όταν ένα σωματίδιο α με ενέργεια T = 7 MeV δεσμεύεται από έναν ακίνητο πυρήνα 10 V.

45. Στη διατομή της αντίδρασης 27 Al (α,р) 30 Si, παρατηρούνται μέγιστα σε ενέργειες α-σωματιδίων T 3,95; 4,84 και 6,57 MeV. Προσδιορίστε τις ενέργειες διέγερσης του σύνθετου πυρήνα που αντιστοιχούν στα μέγιστα στη διατομή.

46. Με ποια τροχιακή ορμή μπορούν να διασκορπιστούν πρωτόνια με Тр = 2 MeV στον πυρήνα 112 Sn;

47. Υπολογίστε τη διατομή για το σχηματισμό σύνθετου πυρήνα κατά την αλληλεπίδραση νετρονίων με κινητική ενέργεια T n = 1 eV με πυρήνες χρυσού 197 Au.

48. Υπολογίστε τη διατομή για το σχηματισμό σύνθετου πυρήνα κατά την αλληλεπίδραση νετρονίων με κινητική ενέργεια T n = 30 MeV με πυρήνες χρυσού 197 Au.

Ενότητες: Η φυσικη

Τάξη: 11

Στόχοι μαθήματος: εξοικείωση των μαθητών με τις πυρηνικές αντιδράσεις, με τις διαδικασίες αλλαγής των ατομικών πυρήνων, τη μετατροπή κάποιων πυρήνων σε άλλους υπό την επίδραση μικροσωματιδίων. Υπογραμμίστε ότι δεν πρόκειται σε καμία περίπτωση για χημικές αντιδράσεις σύνδεσης και διαχωρισμού ατόμων στοιχείων μεταξύ τους, επηρεάζοντας μόνο ηλεκτρονικά κελύφη, αλλά αναδιάρθρωση πυρήνων ως συστημάτων νουκλεονίων, μετατροπή ορισμένων χημικών στοιχείων σε άλλα.

Το μάθημα συνοδεύεται από παρουσίαση 21 διαφανειών (Παράρτημα).

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων

Επανάληψη

1. Ποια είναι η σύσταση των ατομικών πυρήνων;

ΠΥΡΗΝΑΣ (ατομικός)- αυτό είναι το θετικά φορτισμένο κεντρικό τμήμα του ατόμου, στο οποίο συγκεντρώνεται το 99,96% της μάζας του. Η ακτίνα του πυρήνα είναι ~10–15 m, που είναι περίπου εκατό χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα ολόκληρου του ατόμου, που καθορίζεται από το μέγεθος του κελύφους ηλεκτρονίων του.

Ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Ο συνολικός αριθμός τους στον πυρήνα συμβολίζεται με το γράμμα ΕΝΑκαι ονομάζεται μαζικός αριθμός. Αριθμός πρωτονίων στον πυρήνα Ζκαθορίζει το ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα και συμπίπτει με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων Δ.Ι. Μεντελέεφ. Ο αριθμός των νετρονίων σε έναν πυρήνα μπορεί να οριστεί ως η διαφορά μεταξύ του μαζικού αριθμού του πυρήνα και του αριθμού των πρωτονίων σε αυτόν. Ο μαζικός αριθμός είναι ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα.

2. Πώς εξηγείται η σταθερότητα των ατομικών πυρήνων;

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣείναι ένα μέτρο της αλληλεπίδρασης των νουκλεονίων σε έναν ατομικό πυρήνα. Αυτές οι δυνάμεις είναι που συγκρατούν παρόμοια φορτισμένα πρωτόνια στον πυρήνα, εμποδίζοντάς τα να διασκορπιστούν υπό την επίδραση ηλεκτρικών απωθητικών δυνάμεων.

3. Να ονομάσετε τις ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων.

Οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν μια σειρά από συγκεκριμένες ιδιότητες:

4. Ποια είναι η ενέργεια δέσμευσης ενός πυρήνα;

ΔΕΣΜΕΥΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΙΚΟΥ ΠΥΡΗΝΑ- αυτή είναι η ελάχιστη ενέργεια που είναι απαραίτητη για την πλήρη διάσπαση ενός πυρήνα σε μεμονωμένα νουκλεόνια. Η διαφορά μεταξύ του αθροίσματος των μαζών των νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια) και της μάζας του πυρήνα που αποτελείται από αυτά, πολλαπλασιαζόμενη με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός στο κενό, είναι η ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στον πυρήνα. Η ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο ονομάζεται ενέργεια ειδικής δέσμευσης.

5. Γιατί η μάζα του πυρήνα δεν είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων που περιλαμβάνονται σε αυτόν;

Όταν σχηματίζεται ένας πυρήνας από νουκλεόνια, η ενέργεια του πυρήνα μειώνεται, η οποία συνοδεύεται από μείωση της μάζας, δηλαδή, η μάζα του πυρήνα πρέπει να είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των μεμονωμένων νουκλεονίων που σχηματίζουν αυτόν τον πυρήνα.

6. Τι είναι η ραδιενέργεια;

Εκμάθηση νέου υλικού.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗείναι η διαδικασία αλληλεπίδρασης ενός ατομικού πυρήνα με έναν άλλο πυρήνα ή στοιχειώδες σωματίδιο, που συνοδεύεται από αλλαγή στη σύσταση και τη δομή του Α (α, β) Β ή Α + α → Β + β.

Ποιες είναι οι ομοιότητες και οι διαφορές μεταξύ των πυρηνικών αντιδράσεων και της ραδιενεργής διάσπασης;

Κοινό χαρακτηριστικόπυρηνική αντίδραση και ραδιενεργή διάσπαση είναι η μετατροπή ενός ατομικού πυρήνα σε έναν άλλο.

Αλλά ραδιενεργή διάσπασησυμβαίνει αυθόρμητα, χωρίς εξωτερική επιρροή, και πυρηνική αντίδρασηπου ονομάζεται επιρροήβομβαρδιστικό σωματίδιο.

Τύποι πυρηνικών αντιδράσεων:

μέσω του σταδίου σχηματισμού ενός σύνθετου πυρήνα.
άμεση πυρηνική αντίδραση (ενέργεια μεγαλύτερη από 10 MeV).
υπό την επίδραση διαφόρων σωματιδίων: πρωτόνια, νετρόνια, ....
πυρηνική σύνθεση;
πυρηνική διάσπαση;
με απορρόφηση ενέργειας και απελευθέρωση ενέργειας.

Η πρώτη πυρηνική αντίδραση πραγματοποιήθηκε από τον E. Rutherford το 1919 σε πειράματα για την ανίχνευση πρωτονίων σε προϊόντα πυρηνικής διάσπασης. Ο Ράδερφορντ βομβάρδισε άτομα αζώτου με σωματίδια άλφα. Όταν τα σωματίδια συγκρούστηκαν, έλαβε χώρα μια πυρηνική αντίδραση, η οποία προχωρούσε σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Προϋποθέσεις πυρηνικών αντιδράσεων

Για να πραγματοποιηθεί μια πυρηνική αντίδραση υπό την επίδραση ενός θετικά φορτισμένου σωματιδίου, είναι απαραίτητο το σωματίδιο να έχει κινητική ενέργεια επαρκή για να υπερνικήσει τη δράση των δυνάμεων απώθησης Coulomb. Τα μη φορτισμένα σωματίδια, όπως τα νετρόνια, μπορούν να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες με αυθαίρετα χαμηλή κινητική ενέργεια. Πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να συμβούν όταν τα άτομα βομβαρδίζονται με γρήγορα φορτισμένα σωματίδια (πρωτόνια, νετρόνια, α-σωματίδια, ιόντα).

Η πρώτη αντίδραση βομβαρδισμού ατόμων με γρήγορα φορτισμένα σωματίδια πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας πρωτόνια υψηλής ενέργειας που παράγονται σε έναν επιταχυντή το 1932:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Ωστόσο, οι πιο ενδιαφέρουσες για πρακτική χρήση είναι οι αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την αλληλεπίδραση των πυρήνων με τα νετρόνια. Δεδομένου ότι τα νετρόνια δεν έχουν φορτίο, μπορούν εύκολα να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες και να προκαλέσουν τους μετασχηματισμούς τους. Ο εξαιρετικός Ιταλός φυσικός Ε. Φέρμι ήταν ο πρώτος που μελέτησε τις αντιδράσεις που προκαλούνται από τα νετρόνια. Ανακάλυψε ότι οι πυρηνικοί μετασχηματισμοί προκαλούνται όχι μόνο από γρήγορα, αλλά και από αργά νετρόνια που κινούνται με θερμικές ταχύτητες.

Να πραγματοποιήσει μια πυρηνική αντίδραση υπό την επήρεια θετικά φορτισμένοτα σωματίδια είναι απαραίτητα για να το σωματίδιο είχε κινητική ενέργεια, επαρκής για ξεπερνώντας τη δράση των δυνάμεων απόκρουσης Coulomb. Τα μη φορτισμένα σωματίδια, όπως τα νετρόνια, μπορούν να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες με αυθαίρετα χαμηλή κινητική ενέργεια.

Επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων(μήνυμα μαθητή)

Για να διεισδύσει στα μυστικά του μικρόκοσμου, ο άνθρωπος επινόησε το μικροσκόπιο. Με την πάροδο του χρόνου, κατέστη σαφές ότι οι δυνατότητες των οπτικών μικροσκοπίων είναι πολύ περιορισμένες - δεν επιτρέπουν σε κάποιον να «κοιτάξει» στα βάθη των ατόμων. Για τους σκοπούς αυτούς, όχι οι ακτίνες φωτός, αλλά οι δέσμες φορτισμένων σωματιδίων αποδείχθηκαν πιο κατάλληλες. Έτσι, στα περίφημα πειράματα του E. Rutherford χρησιμοποιήθηκε ροή σωματιδίων α που εκπέμπονταν από ραδιενεργά φάρμακα. Ωστόσο, οι φυσικές πηγές σωματιδίων (ραδιενεργές ουσίες) παράγουν δέσμες πολύ χαμηλής έντασης, η ενέργεια των σωματιδίων είναι σχετικά χαμηλή και επιπλέον, αυτές οι πηγές είναι ανεξέλεγκτες. Ως εκ τούτου, προέκυψε το πρόβλημα της δημιουργίας τεχνητών πηγών επιταχυνόμενων φορτισμένων σωματιδίων. Αυτά περιλαμβάνουν, ειδικότερα, ηλεκτρονικά μικροσκόπια, τα οποία χρησιμοποιούν δέσμες ηλεκτρονίων με ενέργειες της τάξης των 10 5 eV.

Στις αρχές της δεκαετίας του 30 του 20ου αιώνα, εμφανίστηκαν οι πρώτοι επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων. Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια ή πρωτόνια), που κινούνται στο κενό υπό την επίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, αποκτούν μεγάλη παροχή ενέργειας (επιταχύνουν). Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια ενός σωματιδίου, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματός του, επομένως τέτοια σωματίδια είναι πιο κατάλληλα για «ανιχνευτή» μικροαντικειμένων. Ταυτόχρονα, καθώς αυξάνεται η ενέργεια ενός σωματιδίου, ο αριθμός των αλληλομετατροπών των σωματιδίων που προκαλείται από αυτό επεκτείνεται, οδηγώντας στη γέννηση νέων στοιχειωδών σωματιδίων. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η διείσδυση στον κόσμο των ατόμων και των στοιχειωδών σωματιδίων δεν είναι φθηνή. Όσο υψηλότερη είναι η τελική ενέργεια των επιταχυνόμενων σωματιδίων, τόσο πιο πολύπλοκοι και μεγάλοι είναι οι επιταχυντές. το μέγεθός τους μπορεί να φτάσει αρκετά χιλιόμετρα. Οι υπάρχοντες επιταχυντές καθιστούν δυνατή την παραγωγή δεσμών φορτισμένων σωματιδίων με ενέργειες από αρκετά MeV έως εκατοντάδες GeV. Η ένταση των δεσμών σωματιδίων φτάνει τα 10 15 – 10 16 σωματίδια ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτή την περίπτωση, η δέσμη μπορεί να εστιαστεί σε έναν στόχο με εμβαδόν μόνο μερικών τετραγωνικών χιλιοστών. Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιούνται συχνότερα ως επιταχυνόμενα σωματίδια.

Οι πιο ισχυροί και ακριβοί επιταχυντές κατασκευάζονται για καθαρά επιστημονικούς σκοπούς - για την απόκτηση και τη μελέτη νέων σωματιδίων, για τη μελέτη της αλληλομετατροπής των σωματιδίων. Οι επιταχυντές σχετικά χαμηλών ενεργειών χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική και την τεχνολογία - για τη θεραπεία ασθενών με καρκίνο, για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων, για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των πολυμερών υλικών και για πολλούς άλλους σκοπούς.

Η ποικιλία των υπαρχόντων τύπων επιταχυντών μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις ομάδες: άμεσοι επιταχυντές, γραμμικοί επιταχυντές, κυκλικοί επιταχυντές, επιταχυντές δέσμης σύγκρουσης.

Πού βρίσκονται οι επιταχυντές; ΣΕ Ντούμπνα(Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας) υπό την ηγεσία του V.I Veksler, κατασκευάστηκε το 1957 ένα synchrophasotron. ΣΕ Σερπουκόφ– synchrophasotron, το μήκος του δακτυλιοειδούς θαλάμου κενού του που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο είναι 1,5 km. ενέργεια πρωτονίων 76 GeV. ΣΕ Νοβοσιμπίρσκ(Institute of Nuclear Physics), υπό την ηγεσία του G.I Budker, τέθηκαν σε λειτουργία επιταχυντές που χρησιμοποιούν συγκρουόμενες δέσμες ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (δέσμες 700 MeV και 7 GeV). ΣΕ Ευρώπη (CERN, Ελβετία – Γαλλία) οι επιταχυντές λειτουργούν με συγκρουόμενες δέσμες πρωτονίων 30 GeV και με δέσμες πρωτονίων-αντιπρωτονίων 270 GeV. Επί του παρόντος, κατά την κατασκευή του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας, έχει ολοκληρωθεί ένα βασικό στάδιο των κατασκευαστικών εργασιών - η εγκατάσταση υπεραγώγιμων μαγνητών του επιταχυντή σωματιδίων.

Ο επιταχυντής κατασκευάζεται σε σήραγγα με περίμετρο 26.650 μέτρα σε βάθος περίπου εκατό μέτρων. Οι πρώτες δοκιμαστικές συγκρούσεις στον επιταχυντή είχαν προγραμματιστεί να πραγματοποιηθούν τον Νοέμβριο του 2007, αλλά η βλάβη ενός από τους μαγνήτες που συνέβη κατά τη διάρκεια των εργασιών δοκιμής θα οδηγήσει σε κάποια καθυστέρηση στο χρονοδιάγραμμα για την έναρξη λειτουργίας της εγκατάστασης. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων έχει σχεδιαστεί για την αναζήτηση και τη μελέτη στοιχειωδών σωματιδίων. Μόλις λανσαριστεί, ο LHC θα είναι ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, ξεπερνώντας τους πλησιέστερους ανταγωνιστές του σχεδόν κατά μια τάξη μεγέθους. Η κατασκευή του επιστημονικού συγκροτήματος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων συνεχίζεται για περισσότερα από 15 χρόνια. Περισσότεροι από 10 χιλιάδες άνθρωποι από 500 επιστημονικά κέντρα σε όλο τον κόσμο συμμετέχουν σε αυτό το έργο.

Οι πυρηνικές αντιδράσεις συνοδεύονται από μετασχηματισμούς ενέργειας. Παραγωγή ενέργειαςΗ πυρηνική αντίδραση ονομάζεται ποσότητα:
Q = (Μ A+ ΜΒ - ΜΓ – ΜΡΕ) ντο 2 = Δ Mc 2 όπου ΜΑ και ΜΒ – μάζες αρχικών προϊόντων, ΜΓ και Μ D – μάζες τελικών προϊόντων αντίδρασης. Τιμή Δ Μπου ονομάζεται μαζικό ελάττωμα. Πυρηνικές αντιδράσεις μπορεί να συμβούν με την απελευθέρωση ( Q> 0) ή με απορρόφηση ενέργειας ( Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, που λέγεται κατώφλι αντίδρασης.

Προκειμένου μια πυρηνική αντίδραση να έχει θετική ενέργεια, ειδική δεσμευτική ενέργειαΤα νουκλεόνια στους πυρήνες των αρχικών προϊόντων πρέπει να είναι μικρότερα από την ειδική ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στους πυρήνες των τελικών προϊόντων. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή Δ Μπρέπει να είναι θετική.

Μηχανισμός πυρηνικών αντιδράσεων

Δύο στάδια μιας πυρηνικής αντίδρασης:

απορρόφηση ενός σωματιδίου από έναν πυρήνα και σχηματισμός ενός διεγερμένου πυρήνα. Η ενέργεια κατανέμεται μεταξύ όλων των νουκλεονίων του πυρήνα, καθένα από αυτά αντιπροσωπεύει ενέργεια μικρότερη από την ειδική ενέργεια δέσμευσης, και δεν μπορούν να διεισδύσουν στον πυρήνα. Τα νουκλεόνια ανταλλάσσουν ενέργεια μεταξύ τους και ένα από αυτά ή μια ομάδα νουκλεονίων μπορεί να συγκεντρώσει ενέργεια επαρκή για να ξεπεράσει τις δυνάμεις της πυρηνικής δέσμευσης και να απελευθερωθεί από τον πυρήνα.
Η εκπομπή ενός σωματιδίου από έναν πυρήνα συμβαίνει παρόμοια με την εξάτμιση ενός μορίου από την επιφάνεια μιας σταγόνας υγρού. Το χρονικό διάστημα από τη στιγμή της απορρόφησης του πρωτογενούς σωματιδίου από τον πυρήνα έως τη στιγμή της εκπομπής του δευτερογενούς σωματιδίου είναι περίπου 10 -12 s.

Νόμοι διατήρησης για πυρηνικές αντιδράσεις

Κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων αρκετές νόμους διατήρησης: ώθηση, ενέργεια, γωνιακή ορμή, φορτίο. Εκτός από αυτούς τους κλασικούς νόμους, στις πυρηνικές αντιδράσεις ο νόμος διατήρησης του λεγόμενου φορτίο βαρυονίου(δηλαδή ο αριθμός των νουκλεονίων - πρωτονίων και νετρονίων). Ισχύει επίσης μια σειρά από άλλους νόμους διατήρησης που αφορούν την πυρηνική και τη σωματιδιακή φυσική.

Τι είναι μια πυρηνική αντίδραση;
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας πυρηνικής αντίδρασης και μιας χημικής αντίδρασης;
Γιατί οι σχηματισμένοι πυρήνες ηλίου απομακρύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις;
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
Είναι η αντίδραση εκπομπής ενός σωματιδίου α πυρηνική αντίδραση;
Συμπληρώστε τις πυρηνικές αντιδράσεις:
- 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
- 14 7 N + ? → 14 6 C + 1 1 p
- 14 7 N + 4 2 Αυτός → ? + 1 1 Η
- 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934 Η Irene Curie και ο Frederic Joliot-Curie απέκτησαν ένα ραδιενεργό ισότοπο φωσφόρου)
- ? + 4 2 He → 30 14 Si + 1 1 p
Προσδιορίστε την παραγωγή ενέργειας της πυρηνικής αντίδρασης.
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
Η μάζα ενός ατόμου αζώτου είναι 14,003074 amu, ενός ατόμου οξυγόνου είναι 16,999133 amu, ενός ατόμου ηλίου είναι 4,002603 amu, ενός ατόμου υδρογόνου είναι 1,007825 amu.

Ανεξάρτητη εργασία

Επιλογή 1

Το αλουμίνιο (27 13 Al) συλλαμβάνει ένα νετρόνιο και εκπέμπει ένα σωματίδιο άλφα.
άζωτο (14 7 N) βομβαρδίζεται από σωματίδια α και εκπέμπει ένα πρωτόνιο.

35 17 Cl + 1 0 n → 1 1 p +
13 6 C + 1 1 p →
7 3 Li + 1 1 p → 2
10 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
24 12 Mg + 4 2 He → 27 14 Si +
56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

Απαντήσεις: α) 13 7 N; β) 1 1 p; γ) 1 0 n; δ) 14 7 Ν; ε) 4 2 Αυτός; ε) 35 16 Σ

7 3 Li + 1 0 n → 4 2 He + 13H;
9 4 Be + 4 2 He → 1 0 n + 13 6 C.

Επιλογή 2

1. Να γράψετε τις εξισώσεις για τις παρακάτω πυρηνικές αντιδράσεις:

Ο φώσφορος (31 15 R) συλλαμβάνει ένα νετρόνιο και εκπέμπει ένα πρωτόνιο.
το αλουμίνιο (27 13 Al) βομβαρδίζεται από πρωτόνια και εκπέμπει ένα σωματίδιο α.

2. Συμπληρώστε την εξίσωση της πυρηνικής αντίδρασης: