Տեսություն:Միջուկային ռեակցիաները ենթարկվում են զանգվածի և լիցքի պահպանման օրենքներին։
Ընդհանուր զանգվածը ռեակցիայից առաջ հավասար է ռեակցիայից հետո ընդհանուր զանգվածին, ռեակցիայից առաջ ընդհանուր լիցքը հավասար է ռեակցիայից հետո ընդհանուր լիցքին։
Օրինակ:
Իզոտոպները տվյալ քիմիական տարրի տարատեսակներ են, որոնք տարբերվում են իրենց ատոմային միջուկների զանգվածով: դրանք. Զանգվածային թվերը տարբեր են, բայց լիցքի թվերը նույնն են։

Նկարում ներկայացված է ուրանի-238-ի փոխակերպումների շղթան կապարի-206-ի: Օգտագործելով նկարի տվյալները՝ առաջարկվող հայտարարությունների ցանկից ընտրեք երկու ճիշտ: Նշեք դրանց թիվը:

1) Ուրանի-238-ի փոխակերպումների շղթայում կայուն կապարի-206-ի, ազատվում են վեց հելիումի միջուկներ:
2) Պոլոնիում-214-ն ունի ռադիոակտիվ փոխակերպումների ներկայացված շղթայում ամենակարճ կիսամյակը։
3) 206 ատոմային զանգվածով կապարը ենթարկվում է ինքնաբուխ ալֆա քայքայման։
4) Ուրան-234-ը, ի տարբերություն ուրան-238-ի, կայուն տարր է:
5) Բիսմութ-210-ի ինքնաբուխ փոխակերպումը պոլոնիում-210-ի ուղեկցվում է էլեկտրոնի արտանետմամբ.
Լուծում: 1) Ուրանի-238-ի փոխակերպումների շղթայում կայուն կապարի-206-ի են արձակվում ոչ թե վեց, այլ ութ հելիումի միջուկներ:
2) Պոլոնիում-214-ն ունի ռադիոակտիվ փոխակերպումների ներկայացված շղթայում ամենակարճ կիսամյակը։ Դիագրամը ցույց է տալիս, որ պոլոնիում-214-ի ժամանակը ամենակարճն է
3) 206 ատոմային զանգվածով կապարը չի ենթարկվում ինքնաբուխ ալֆա քայքայման, կայուն է.
4) Ուրան-234-ը, ի տարբերություն ուրան-238-ի, կայուն տարր չէ:
5) Բիսմութ-210-ի ինքնաբուխ փոխակերպումը պոլոնիում-210-ի ուղեկցվում է էլեկտրոնի արտանետմամբ. Քանի որ բետա մասնիկ է արձակվել:
Պատասխան. 25
OGE հանձնարարություն ֆիզիկայում (fipi):Ո՞ր X մասնիկն է արձակվել ռեակցիայի արդյունքում.

Լուծում:զանգվածը ռեակցիայից առաջ 14 + 4 = 18 ամու, լիցք 7e + 2e = 9e, որպեսզի զանգվածի և լիցքի պահպանման օրենքը բավարարվի, X մասնիկը պետք է ունենա 18 - 17 = 1 ամու։ և 9e - 8e = 1e, հետևաբար X մասնիկը պրոտոն է:
Պատասխան. 4
OGE հանձնարարություն ֆիզիկայում (fipi):Թորիումի միջուկը դարձավ ռադիումի միջուկ։ Ի՞նչ մասնիկ է արտանետվել թորիումի միջուկը:


3) ալֆա մասնիկ
4) β-մասնիկ
Լուծում:Զանգվածը փոխվել է 4-ով, իսկ լիցքը՝ 2-ով, հետևաբար, թորիումի միջուկն արտանետել է ալֆա մասնիկ։
Պատասխան. 3
OGE հանձնարարություն ֆիզիկայում (fipi):

1) ալֆա մասնիկ
2) էլեկտրոն

Լուծում:Օգտագործելով զանգվածի և լիցքի պահպանման օրենքը՝ տեսնում ենք, որ տարրի զանգվածը 4 է, իսկ լիցքը՝ 2, հետևաբար՝ այն ալֆա մասնիկ է։
Պատասխան. 1
OGE հանձնարարություն ֆիզիկայում (fipi):

1) ալֆա մասնիկ
2) էլեկտրոն

Լուծում:Օգտագործելով զանգվածի և լիցքի պահպանման օրենքը՝ տեսնում ենք, որ տարրի զանգվածը 1 է, իսկ լիցքը՝ 0, հետևաբար՝ այն նեյտրոն է։
Պատասխան. 4
OGE հանձնարարություն ֆիզիկայում (fipi):

3) էլեկտրոն
4) ալֆա մասնիկ
Լուծում:Գամմա մասնիկը չունի ոչ զանգված, ոչ լիցք, հետևաբար անհայտ մասնիկը ունի զանգված և լիցք հավասար 1-ի, անհայտ մասնիկը պրոտոն է:
Պատասխան. 1
Երբ նեյտրոնը գրավում է միջուկը, ձևավորվում է ռադիոակտիվ իզոտոպ: Այս միջուկային փոխակերպման ժամանակ այն արտանետում է

4) էլեկտրոն
Լուծում:Եկեք գրենք գրավման ռեակցիան
+ -> + ? .
Օգտագործելով զանգվածի և լիցքի պահպանման օրենքը՝ տեսնում ենք, որ անհայտ տարրի զանգվածը 4 է, իսկ լիցքը՝ 2, հետևաբար՝ այն ալֆա մասնիկ է։

1. Թվարկե՛ք մի քանի միջուկային ռեակցիաներ, որոնցում կարող է առաջանալ 8Be իզոտոպը:

2. Ի՞նչ նվազագույն կինետիկ էներգիա լաբորատոր համակարգում Tmin պետք է ունենա նեյտրոնը, որպեսզի հնարավոր դառնա 16 O(n, α) 13 C ռեակցիան:

3. 6 Li(d,α) 4 He ռեակցիան էնդոթերմակա՞ն է, թե՞ էկզոթերմիկ։ Միջուկների հատուկ կապող էներգիաները MeV-ում տրված են. ε(d) = 1.11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33:

4. Որոշեք T ծակոտիների շեմերը 12 C ֆոտոկտրվածքի ռեակցիաների համար:

1. γ + 12 C → 11 C + n
2. γ + 12 C → 11 V + r
3. γ + 14 C → 12 C + n + n

5. Որոշե՛ք ռեակցիայի շեմերը՝ 7 Li(p,α) 4 He և 7 Li(p,γ) 8 Be:

6. Որոշեք, թե ինչ նվազագույն էներգիա պետք է ունենա պրոտոնը, որպեսզի p + d → p + p + n ռեակցիան հնարավոր դառնա: Ավելորդ զանգվածներ են տրվում. Δ(1 H) = 7.289 ՄէՎ, Δ(2 H) = 13.136 ՄէՎ,
Δ(n) = 8,071 ՄէՎ:

7. Հնարավո՞ր են ռեակցիաներ.

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

կինետիկ էներգիա ունեցող α-մասնիկների ազդեցության տակ T = 10 MeV.

8. Բացահայտեք X մասնիկը և հաշվարկեք Q ռեակցիայի էներգիան հետևյալ դեպքերում.

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. Որքա՞ն նվազագույն էներգիա պետք է ունենա դեյտրոնը Tmin-ը, որպեսզի գրգռի Eexc = 1,75 ՄէՎ էներգիա ունեցող վիճակ 10 B միջուկի վրա ոչ առաձգական ցրման արդյունքում:

10. Հաշվե՛ք ռեակցիայի շեմը՝ 14 N + α→ 17 O + p, երկու դեպքում, եթե ընկնող մասնիկը.
1) α-մասնիկ,
2) 14 N միջուկ Q = 1,18 MeV. Բացատրեք արդյունքը:

1. d(p,γ) 3 Նա;	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 Նա(α,γ) 7 Եղիր;	8. 4 He(α,p) 7 Li;

12. Ինչ միջուկներ կարող են առաջանալ ռեակցիաների արդյունքում՝ 1) 10 ՄէՎ էներգիա ունեցող պրոտոնների 7 Li թիրախի վրա. 2) 7 Li միջուկներ 10 ՄէՎ էներգիայով ջրածնային թիրախի վրա:

13. 7 LI միջուկը գրավում է դանդաղ նեյտրոն և արձակում γ-քվանտ: Որքա՞ն է γ-քվանտի էներգիան:

14. Որոշեք լաբորատոր համակարգում 9 Be միջուկի կինետիկ էներգիան, որը ձևավորվել է նեյտրոնային էներգիայի շեմային արժեքով 12 C(n,α) 9 Be ռեակցիայում։

15. Երբ բնական բորի թիրախը ճառագայթվել է, նկատվել է ռադիոակտիվ իզոտոպների ի հայտ գալը 20,4 րոպե և 0,024 վրկ կիսամյակներով: Ի՞նչ իզոտոպներ են ձևավորվել: Ի՞նչ ռեակցիաներ են հանգեցրել այս իզոտոպների առաջացմանը:

16. Բնական բորի թիրախը ռմբակոծվում է պրոտոններով: Ճառագայթման ավարտից հետո մասնիկների դետեկտորը գրանցել է 100 Bq ակտիվություն։ 40 րոպե անց նմուշի ակտիվությունը նվազել է մինչև ~25 Bq: Ո՞րն է գործունեության աղբյուրը: Ի՞նչ միջուկային ռեակցիա է տեղի ունենում:

17. T = 10 MeV կինետիկ էներգիա ունեցող α-մասնիկը առաձգական բախում է ունենում 12 C միջուկի հետ: 12 C T C միջուկներ բախումից հետո:

18. Որոշե՛ք ռեակցիայի ժամանակ առաջացած 7 Be միջուկների առավելագույն և նվազագույն էներգիաները
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) արագացված պրոտոնների ազդեցության տակ T p = 5 MeV էներգիայով:

19. - E exc = 4,44 ՄէՎ էներգիայով 12 C միջուկի վիճակի գրգռմամբ θ անառաձգական = 30 0 անկյան տակ արտանետվող մասնիկները ոչ առաձգական ցրման ռեակցիայի արդյունքում, ունեն նույն էներգիան ձիաուժով, ինչ առաձգականորեն ցրվածները նույնի վրա: միջուկ α- մասնիկներ θ անկյան տակ հսկողություն = 45 0: Որոշեք α-մասնիկների էներգիան, որոնք ընկնում են թիրախի վրա:

20. T = 5 ՄէՎ էներգիա ունեցող α-մասնիկները փոխազդում են անշարժ 7 Li միջուկի հետ։ Որոշեք 7 Li(α,n) 10 B նեյտրոն p α և 10 B p Be միջուկի ռեակցիայի արդյունքում առաջացած իմպուլսների մեծությունը:

21. Օգտագործելով 32 S(α,p) 35 Cl ռեակցիան, ուսումնասիրվում են 35 Cl-ի ցածր գրգռված վիճակները (1.219; 1.763; 2.646; 2.694; 3.003; 3.163 ՄէՎ): Այս վիճակներից ո՞րը կգրգռվի 5,0 ՄէՎ էներգիա ունեցող α-մասնիկների ճառագայթով։ Որոշեք պրոտոնների էներգիաները, որոնք դիտվում են այս ռեակցիայում 0 0 և 90 0 անկյուններում E = 5,0 ՄէՎ-ում:

22. Օգտագործելով իմպուլսային դիագրամը, ստացեք անկյունների միջև կապը hp-ով: եւ s.c.i.

23. T a = 5 MeV կինետիկ էներգիայով պրոտոնը հարվածում է 1 H միջուկին և առաձգականորեն ցրվում է դրա վրա։ Որոշե՛ք 1 N հետադարձ միջուկի T B էներգիան և ցրման անկյունը θ B, եթե պրոտոնի ցրման անկյունը θ b = 30 0։

24. t(d,n)α ռեակցիան լայնորեն կիրառվում է նեյտրոններ արտադրելու համար։ Որոշեք T n նեյտրոնների էներգիան, որոնք արտանետվում են նեյտրոնային գեներատորում 90 0 անկյան տակ, օգտագործելով դեյտրոններ, որոնք արագացել են մինչև Td = 0,2 ՄէՎ էներգիա:

25. Նեյտրոններ արտադրելու համար օգտագործվում է 7 Li(p,n) 7 Be ռեակցիան։ Պրոտոնի էներգիա T p = 5 MeV: Փորձի համար անհրաժեշտ են T n = 1,75 ՄէՎ էներգիա ունեցող նեյտրոններ: Ի՞նչ անկյան տակ θ n պրոտոնային ճառագայթի ուղղության նկատմամբ կարձակվեն նման էներգիայով նեյտրոններ: Ինչպիսի՞ն կլինի ΔT նեյտրոնային էներգիաների տարածումը, եթե դրանք մեկուսացված լինեն թիրախից 10 սմ հեռավորության վրա գտնվող 1 սմ կոլիմատորի միջոցով:

26. Որոշե՛ք 27 Al(,t) 28 Si ռեակցիայում առաջացած տրիտիումի l t ուղեծրային մոմենտը, եթե անկող α մասնիկի ուղեծրային մոմենտը l α = 0։

27. Պրոտոնի ո՞ր հարաբերական ուղեծրի անկյունային իմպուլսում է հնարավոր միջուկային ռեակցիան p + 7 Li → 8 Be * → α + α:

28. Ի՞նչ ուղեծրային մոմենտով l p կարող են արձակվել պրոտոններ 12 C(,p) 11 B ռեակցիայում, եթե. 2) վերջնական միջուկը ձևավորվում է 1/2 + վիճակում, իսկ M1 ֆոտոնը կլանվում է. 3) վերջնական միջուկը ձևավորվում է հիմնական վիճակում, և E1 ֆոտոնը կլանված է:

29. Միջուկի կողմից -քվանտի կլանման արդյունքում արտանետվում է l n = 2 ուղեծրային իմպուլս ունեցող նեյտրոն Որոշեք -քվանտի բազմաբևեռությունը, եթե վերջնական միջուկը ձևավորվել է հիմնական վիճակում:

30. 12 C միջուկը կլանում է γ-քվանտ, որի արդյունքում արձակվում է l = 1 ուղեծրային իմպուլսով պրոտոն Որոշե՛ք ներծծված γ-քվանտի բազմաբևեռությունը, եթե վերջնական միջուկը ձևավորվում է հիմնական վիճակում:

31. Որոշե՛ք դեյտրոնի l d-ի ուղեծրային իմպուլսը պիկապ ռեակցիայում 15 N(n,d) 14 C, եթե նեյտրոնի ուղեծրային իմպուլսը l n = 0։

33. 40Ca միջուկը կլանում է E1 γ-քվանտը։ Ի՞նչ միայնակ մասնիկային անցումներ են հնարավոր:

34. 12 C միջուկը կլանում է E1 γ-քվանտը: Ի՞նչ միայնակ մասնիկային անցումներ են հնարավոր:

35. Հնարավո՞ր է գրգռել J P = 2 +, I = 1 բնութագրիչներ ունեցող վիճակ 10 Վ լարման միջուկի վրա դեյտրոնների ոչ առաձգական ցրման ռեակցիայի ժամանակ:

36. Հաշվե՛ք 3 ՄէՎ էներգիա ունեցող մասնիկի ցրման խաչմերուկը 238 U միջուկի Կուլոնյան դաշտում 150 0-ից 170 0 անկյան միջակայքում։

37. d = 0,1 մմ հաստությամբ ոսկե թիթեղը ճառագայթվում է N 0 = 10 3 մասնիկ/վ ինտենսիվությամբ α-մասնիկների ճառագայթով։ -մասնիկների կինետիկ էներգիա T = 5 MeV: Քանի՞ α-մասնիկ մեկ միավորի պինդ անկյան վրա վայրկյանում ընկնում է դետեկտորի վրա, որը գտնվում է = 170 0 անկյան տակ: Ոսկու խտությունը ρ = 19,3 գ/սմ3։

38. T = 10 ՄէՎ էներգիա ունեցող α-մասնիկների համադրված ճառագայթը ուղղահայաց ընկնում է δ = 1 մգ/սմ 2 հաստությամբ պղնձե փայլաթիթեղի վրա: = 30 անկյան տակ ցրված մասնիկները հայտնաբերվում են S = 1 սմ 2 մակերեսով դետեկտորով, որը գտնվում է թիրախից l = 20 սմ հեռավորության վրա: Ցրված α մասնիկների ընդհանուր թվի ո՞ր մասն է գրանցելու դետեկտորը:

39. 27 Al(p,d) 26 Al ռեակցիան ուսումնասիրելիս T p = 62 MeV էներգիա ունեցող պրոտոնների ազդեցության տակ դեյտրոնային սպեկտրում չափվում է θ d = 90 անկյան տակ՝ օգտագործելով պինդ անկյան դետեկտորը:
dΩ = 2·10 -4 sr, նկատվել են գագաթներ T d = 45,3 էներգիաներով; 44,32; 40,91 ՄէՎ։ Պրոտոնների ընդհանուր լիցքով q = 2,19 մC, դիպչելով δ = 5 մգ/սմ2 հաստությամբ թիրախի վրա, այս գագաթներում հաշվառման N թիվը համապատասխանաբար կազմել է 5180, 1100 և 4570: Որոշե՛ք Al 26 միջուկի մակարդակների էներգիաները, որոնց գրգռումը նկատվել է այս ռեակցիայի ժամանակ։ Հաշվեք այս գործընթացների dσ/dΩ դիֆերենցիալ խաչմերուկները:

40. 32 S(γ,p) 31 P 32 S(γ,p) 31 P ռեակցիայի ինտեգրալ խաչմերուկը հիմնական վիճակում 31 P վերջնական միջուկի ձևավորմամբ 18 ՄէՎ-ին հավասար γ քվանտային անկման էներգիայի դեպքում 4 մբ է: Գնահատե՛ք հակադարձ ռեակցիայի 31 P(p,γ) 32 S ինտեգրալ խաչմերուկի արժեքը, որը համապատասխանում է 32 S միջուկի գրգռման նույն էներգիային, ինչ 32 S(γ,p) 31 P ռեակցիայում: Հաշվի առնել. որ այս գրգռումը հանվում է հիմնական վիճակի γ անցման պատճառով։

41. Հաշվե՛ք J նեյտրոնային փնջի ինտենսիվությունը, որով ճառագայթվել է 55 Mn d = 0,1 սմ հաստությամբ թիթեղ t act = 15 րոպե, եթե t սառը = 150 րոպե ճառագայթման ավարտից հետո, նրա ակտիվությունը I է եղել 2100 Bq։ 56 Mn-ի կիսամյակը 2,58 ժամ է, ակտիվացման խաչմերուկը՝ σ = 0,48 բ, թիթեղային նյութի խտությունը՝ ρ = 7,42 գ/սմ3։

42. Դիֆերենցիալ ռեակցիայի խաչմերուկը dσ/dΩ 90 0 անկյան տակ 10 mb/sr է։ Հաշվե՛ք ինտեգրալ խաչմերուկի արժեքը, եթե դիֆերենցիալ խաչմերուկի անկյունային կախվածությունն ունի 1+2sinθ ձև:

43. Դանդաղ (T n 1 keV) նեյտրոնների ցրումը միջուկի վրա իզոտրոպ է։ Ինչպե՞ս կարելի է բացատրել այս փաստը։

44. Որոշեք բարդ միջուկի գրգռման էներգիան, որը ձևավորվում է, երբ T = 7 ՄէՎ էներգիա ունեցող α-մասնիկը գրավում է անշարժ 10 Վ լարման միջուկը:

45. Ռեակցիայի խաչմերուկում 27 Al (α,р) 30 Si, առավելագույնը դիտվում են α-մասնիկների էներգիաներում T 3.95; 4,84 և 6,57 ՄԷՎ: Որոշե՛ք բաղադրյալ միջուկի գրգռման էներգիաները, որոնք համապատասխանում են խաչմերուկի մաքսիմումներին:

46. Ի՞նչ ուղեծրային իմպուլսով կարող են 112 Sn միջուկի վրա ցրվել Тр = 2 MeV ունեցող պրոտոնները։

47. Գնահատե՛ք միացյալ միջուկի առաջացման խաչմերուկը կինետիկ էներգիայով նեյտրոնների փոխազդեցության ժամանակ T n = 1 eV ոսկու միջուկների հետ 197 Au.

48. Գնահատե՛ք կինետիկ էներգիայով նեյտրոնների T n = 30 ՄէՎ ոսկու միջուկների հետ փոխազդեցության ժամանակ բարդ միջուկի առաջացման խաչմերուկը 197 Au.

Բաժիններ: Ֆիզիկա

Դասարան: 11

Դասի նպատակներըԱշակերտներին ծանոթացնել միջուկային ռեակցիաներին, ատոմային միջուկների փոփոխության գործընթացներին, միկրոմասնիկների ազդեցության տակ որոշ միջուկների փոխակերպմանը մյուսների: Ընդգծեք, որ դրանք ամենևին էլ տարրերի ատոմները միմյանցից միացնելու և բաժանելու քիմիական ռեակցիաներ չեն, որոնք ազդում են միայն էլեկտրոնային թաղանթների վրա, այլ միջուկների վերակազմավորում՝ որպես նուկլեոնների համակարգեր, որոշ քիմիական տարրերի փոխակերպում մյուսների։

Դասը ուղեկցվում է 21 սլայդից բաղկացած շնորհանդեսով (Հավելված):

Դասերի ժամանակ

Կրկնություն

1. Ինչպիսի՞ն է ատոմային միջուկների բաղադրությունը:

միջուկ (ատոմային)- սա ատոմի դրական լիցքավորված կենտրոնական մասն է, որում կենտրոնացած է նրա զանգվածի 99,96%-ը։ Միջուկի շառավիղը ~10–15 մ է, ինչը մոտավորապես հարյուր հազար անգամ փոքր է ամբողջ ատոմի շառավղից՝ որոշված ​​նրա էլեկտրոնային թաղանթի չափսով։

Ատոմային միջուկը բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից։ Նրանց ընդհանուր թիվը միջուկում նշվում է տառով Աև կոչվում է զանգվածային թիվ։ Միջուկում պրոտոնների քանակը Զորոշում է միջուկի էլեկտրական լիցքը և համընկնում է տարրի ատոմային թվի հետ D.I տարրերի պարբերական աղյուսակում։ Մենդելեևը։ Միջուկում նեյտրոնների թիվը կարող է սահմանվել որպես միջուկի զանգվածային թվի և դրանում գտնվող պրոտոնների քանակի տարբերություն։ Զանգվածային թիվը միջուկում նուկլոնների թիվն է։

2. Ինչպե՞ս բացատրել ատոմային միջուկների կայունությունը:

ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՈՒԺԵՐատոմային միջուկում նուկլոնների փոխազդեցության չափանիշ է։ Հենց այս ուժերն են միջուկում պահում նմանատիպ լիցքավորված պրոտոններ՝ թույլ չտալով նրանց ցրվել էլեկտրական վանող ուժերի ազդեցության տակ։

3. Անվանե՛ք միջուկային ուժերի հատկությունները:

Միջուկային ուժերը ունեն մի շարք հատուկ հատկություններ.

4. Որքա՞ն է միջուկի կապի էներգիան:

ատոմային միջուկի կապող էներգիաննվազագույն էներգիան է, որն անհրաժեշտ է միջուկը առանձին նուկլոնների ամբողջությամբ բաժանելու համար։ Նուկլոնների (պրոտոններ և նեյտրոններ) զանգվածների գումարի և դրանցից բաղկացած միջուկի զանգվածի միջև տարբերությունը՝ վակուումում լույսի արագության քառակուսու վրա, միջուկում նուկլոնների կապակցման էներգիան է։ Մեկ նուկլեոնի միացման էներգիան կոչվում է հատուկ կապող էներգիա:

5. Ինչու՞ միջուկի զանգվածը հավասար չէ նրանում ներառված պրոտոնների և նեյտրոնների զանգվածների գումարին։

Երբ միջուկը ձևավորվում է նուկլոններից, միջուկի էներգիան նվազում է, որն ուղեկցվում է զանգվածի նվազմամբ, այսինքն՝ միջուկի զանգվածը պետք է փոքր լինի այս միջուկը կազմող առանձին նուկլոնների զանգվածների գումարից։

6. Ի՞նչ է ռադիոակտիվությունը:

Նոր նյութ սովորելը.

ՄԻՋՈՒԿԱՅԻՆ ՌԵԱԿՑԻԱատոմի միջուկի փոխազդեցության գործընթացն է այլ միջուկի կամ տարրական մասնիկի հետ, որն ուղեկցվում է A (a, b) B կամ A + a → B + b կազմի և կառուցվածքի փոփոխությամբ։

Որո՞նք են նմանություններն ու տարբերությունները միջուկային ռեակցիաների և ռադիոակտիվ քայքայման միջև:

Ընդհանուր հատկանիշմիջուկային ռեակցիա և ռադիոակտիվ քայքայում մի ատոմի միջուկի փոխակերպումն է մյուսի.

Բայց ռադիոակտիվ քայքայումըտեղի է ունենում ինքնաբերաբար, առանց արտաքին ազդեցության, և միջուկային ռեակցիականչեց ազդեցությունռմբակոծող մասնիկ.

Միջուկային ռեակցիաների տեսակները.

• բարդ միջուկի ձևավորման փուլով;
• ուղղակի միջուկային ռեակցիա (10 ՄէՎ-ից ավելի էներգիա);
• տարբեր մասնիկների ազդեցության տակ՝ պրոտոններ, նեյտրոններ, ...;
• միջուկային սինթեզ;
• միջուկային տրոհում;
• էներգիայի կլանման և էներգիայի արտազատման հետ:

Առաջին միջուկային ռեակցիան իրականացվել է Է. Ռադերֆորդի կողմից 1919 թվականին՝ միջուկային քայքայման արտադրանքներում պրոտոնների հայտնաբերման փորձերում: Ռադերֆորդը ռմբակոծել է ազոտի ատոմները ալֆա մասնիկներով։ Երբ մասնիկները բախվեցին, տեղի ունեցավ միջուկային ռեակցիա՝ ընթանալով հետևյալ սխեմայով.
14 7 N + 4 2 Նա → 17 8 Օ + 1 1 Հ

Միջուկային ռեակցիաների պայմանները

Դրական լիցքավորված մասնիկի ազդեցության տակ միջուկային ռեակցիա իրականացնելու համար անհրաժեշտ է, որ մասնիկը ունենա կինետիկ էներգիա, որը բավարար է Կուլոնյան վանող ուժերի գործողությունը հաղթահարելու համար։ Չլիցքավորված մասնիկները, ինչպիսիք են նեյտրոնները, կարող են կամայականորեն ցածր կինետիկ էներգիայով ներթափանցել ատոմային միջուկներ։ Միջուկային ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ, երբ ատոմները ռմբակոծվում են արագ լիցքավորված մասնիկներով (պրոտոններ, նեյտրոններ, α-մասնիկներ, իոններ):

Արագ լիցքավորված մասնիկներով ատոմների ռմբակոծման առաջին ռեակցիան իրականացվել է 1932 թվականին արագացուցիչում արտադրված բարձր էներգիայի պրոտոնների միջոցով.
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Այնուամենայնիվ, գործնական օգտագործման համար ամենահետաքրքիրն այն ռեակցիաներն են, որոնք տեղի են ունենում միջուկների նեյտրոնների հետ փոխազդեցության ժամանակ։ Քանի որ նեյտրոնները լիցք չունեն, նրանք հեշտությամբ կարող են ներթափանցել ատոմային միջուկներ և առաջացնել դրանց փոխակերպումները։ Իտալացի ականավոր ֆիզիկոս Է.Ֆերմին առաջինն է ուսումնասիրել նեյտրոնների առաջացրած ռեակցիաները։ Նա բացահայտեց, որ միջուկային փոխակերպումները առաջանում են ոչ միայն արագ, այլև ջերմային արագությամբ շարժվող դանդաղ նեյտրոնների պատճառով։

Ազդեցության տակ միջուկային ռեակցիա իրականացնել դրական լիցքավորվածմասնիկներն անհրաժեշտ են մասնիկն ուներ կինետիկ էներգիա, բավարար է հաղթահարելով կուլոնյան հակահարվածային ուժերի գործողությունը. Չլիցքավորված մասնիկները, ինչպիսիք են նեյտրոնները, կարող են կամայականորեն ցածր կինետիկ էներգիայով ներթափանցել ատոմային միջուկներ։

Լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչներ(ուսանողի հաղորդագրություն)

Միկրոտիեզերքի գաղտնիքները թափանցելու համար մարդը հորինեց մանրադիտակը: Ժամանակի ընթացքում պարզ դարձավ, որ օպտիկական մանրադիտակների հնարավորությունները շատ սահմանափակ են. դրանք թույլ չեն տալիս «նայել» ատոմների խորքերը: Այդ նպատակների համար ոչ թե լույսի ճառագայթները, այլ լիցքավորված մասնիկների ճառագայթներն ավելի հարմար են ստացվել։ Այսպիսով, Է.Ռադերֆորդի հայտնի փորձերում օգտագործվել է ռադիոակտիվ դեղամիջոցներից արտանետվող α-մասնիկների հոսք։ Սակայն մասնիկների բնական աղբյուրները (ռադիոակտիվ նյութեր) արտադրում են շատ ցածր ինտենսիվության ճառագայթներ, մասնիկների էներգիան համեմատաբար ցածր է, և ավելին, այդ աղբյուրները անկառավարելի են։ Ուստի խնդիր առաջացավ ստեղծել արագացված լիցքավորված մասնիկների արհեստական ​​աղբյուրներ։ Դրանք ներառում են, մասնավորապես, էլեկտրոնային մանրադիտակները, որոնք օգտագործում են 10 5 էՎ կարգի էներգիա ունեցող էլեկտրոնների ճառագայթներ։

20-րդ դարի 30-ականների սկզբին հայտնվեցին առաջին լիցքավորված մասնիկների արագացուցիչները։ Այս կայանքներում լիցքավորված մասնիկները (էլեկտրոններ կամ պրոտոններ), էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ազդեցության տակ շարժվելով վակուումում, ձեռք են բերում էներգիայի մեծ պաշար (արագանում)։ Որքան մեծ է մասնիկի էներգիան, այնքան փոքր է նրա ալիքի երկարությունը, ուստի այդպիսի մասնիկները ավելի հարմար են միկրոօբյեկտների «զոնդավորման» համար: Միևնույն ժամանակ, երբ մասնիկի էներգիան մեծանում է, դրանով պայմանավորված մասնիկների փոխակերպումների քանակը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է նոր տարրական մասնիկների ծնունդին։ Պետք է նկատի ունենալ, որ ատոմների և տարրական մասնիկների աշխարհ ներթափանցումը էժան չէ։ Որքան բարձր է արագացված մասնիկների վերջնական էներգիան, այնքան ավելի բարդ և մեծ են արագացուցիչները. դրանց չափերը կարող են հասնել մի քանի կիլոմետրի: Գոյություն ունեցող արագացուցիչները հնարավորություն են տալիս լիցքավորված մասնիկների ճառագայթներ արտադրել մի քանի ՄէՎ-ից մինչև հարյուրավոր ԳեՎ էներգիայով: Մասնիկների ճառագայթների ինտենսիվությունը հասնում է վայրկյանում 10 15 – 10 16 մասնիկների; այս դեպքում ճառագայթը կարող է կենտրոնանալ ընդամենը մի քանի քառակուսի միլիմետր տարածք ունեցող թիրախի վրա: Պրոտոններն ու էլեկտրոնները առավել հաճախ օգտագործվում են որպես արագացված մասնիկներ։

Ամենահզոր և թանկ արագացուցիչները կառուցված են զուտ գիտական ​​նպատակներով՝ նոր մասնիկներ ձեռք բերելու և ուսումնասիրելու, մասնիկների փոխակերպումը ուսումնասիրելու համար։ Համեմատաբար ցածր էներգիայի արագացուցիչները լայնորեն օգտագործվում են բժշկության և տեխնոլոգիայի մեջ՝ քաղցկեղով հիվանդների բուժման, ռադիոակտիվ իզոտոպների արտադրության, պոլիմերային նյութերի հատկությունների բարելավման և շատ այլ նպատակների համար:

Գոյություն ունեցող արագացուցիչների բազմազանությունը կարելի է բաժանել չորս խմբի՝ ուղիղ արագացուցիչներ, գծային արագացուցիչներ, ցիկլային արագացուցիչներ, բախվող ճառագայթների արագացուցիչներ։

Որտե՞ղ են գտնվում արագացուցիչները: IN Դուբնա(Միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտ) Վ.Ի. IN Սերպուխովը- սինխրոֆազոտրոն, որի օղակաձև վակուումային պալատի երկարությունը մագնիսական դաշտում 1,5 կմ է. պրոտոնային էներգիա 76 ԳեՎ. IN Նովոսիբիրսկ(Միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտ)՝ Գ.Ի. IN Եվրոպա (CERN, Շվեյցարիա – Ֆրանսիա) արագացուցիչներն աշխատում են 30 ԳեՎ բախվող պրոտոնային ճառագայթներով և 270 ԳեՎ պրոտոն-հակապրոտոնային ճառագայթներով։ Ներկայումս Շվեյցարիայի և Ֆրանսիայի սահմանին Մեծ հադրոնային կոլայդերի (LHC) կառուցման ընթացքում ավարտվել է շինարարական աշխատանքների առանցքային փուլը՝ մասնիկների արագացուցիչի գերհաղորդիչ մագնիսների տեղադրումը։

Կոլայդերը կառուցվում է 26650 մետր պարագծով թունելում՝ մոտ հարյուր մետր խորության վրա։ Կոլայդերում առաջին փորձնական բախումները նախատեսվում էր իրականացնել 2007 թվականի նոյեմբերին, սակայն մագնիսներից մեկի փլուզումը, որը տեղի է ունեցել փորձնական աշխատանքի ընթացքում, կհանգեցնի տեղադրման գործարկման ժամանակացույցի որոշակի ուշացման: Մեծ հադրոնային կոլայդերը նախատեսված է տարրական մասնիկներ փնտրելու և ուսումնասիրելու համար: Մեկ անգամ գործարկվելուց հետո LHC-ն կդառնա աշխարհում ամենահզոր մասնիկների արագացուցիչը, որը կգերազանցի իր ամենամոտ մրցակիցներին գրեթե մեծության կարգով: Մեծ հադրոնային կոլայդերի գիտական ​​համալիրի շինարարությունը շարունակվում է ավելի քան 15 տարի։ Այս աշխատանքում ներգրավված է ավելի քան 10 հազար մարդ աշխարհի 500 գիտական ​​կենտրոններից։

Միջուկային ռեակցիաները ուղեկցվում են էներգիայի փոխակերպումներով։ Էներգիայի արտադրությունմիջուկային ռեակցիան կոչվում է քանակ.
Ք = (Մ A+ ՄԲ – ՄԳ – ՄԴ) գ 2 = Δ Մակ 2 որտեղ ՄԱ և Մ B – սկզբնական արտադրանքի զանգվածներ, ՄԳ և Մ D - վերջնական ռեակցիայի արտադրանքի զանգվածներ: Արժեքը Δ Մկանչեց զանգվածային թերություն. Միջուկային ռեակցիաները կարող են առաջանալ ( Ք> 0) կամ էներգիայի կլանմամբ ( Ք < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Ք|, որը կոչվում է ռեակցիայի շեմը.

Որպեսզի միջուկային ռեակցիան ունենա դրական էներգիա, հատուկ կապող էներգիաՍկզբնական արտադրանքի միջուկներում նուկլոնները պետք է պակաս լինեն վերջնական արտադրանքի միջուկներում նուկլոնների հատուկ կապակցման էներգիայից։ Սա նշանակում է, որ արժեքը Δ Մպետք է դրական լինի.

Միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմը

Միջուկային ռեակցիայի երկու փուլ.

• միջուկի կողմից մասնիկի կլանումը և գրգռված միջուկի ձևավորումը: Էներգիան բաշխվում է միջուկի բոլոր նուկլոնների միջև, և նրանցից յուրաքանչյուրը պարունակում է ավելի քիչ էներգիա, քան հատուկ կապող էներգիան, և նրանք չեն կարող թափանցել միջուկ: Նուկլոնները էներգիա են փոխանակում միմյանց հետ, և նրանցից մեկը կամ նուկլեոնների խումբը կարող է կենտրոնացնել էներգիան, որը բավարար է միջուկային կապի ուժերը հաղթահարելու և միջուկից ազատվելու համար:
• Միջուկի կողմից մասնիկի արտանետումը տեղի է ունենում հեղուկի կաթիլի մակերևույթից մոլեկուլի գոլորշիացման նման: Միջուկի կողմից առաջնային մասնիկի կլանման պահից մինչև երկրորդական մասնիկի արտանետման պահը մոտավորապես 10 -12 վրկ է։

Միջուկային ռեակցիաների պահպանման օրենքները

Միջուկային ռեակցիաների ժամանակ մի քանի պահպանության օրենքներըազդակ, էներգիա, անկյունային իմպուլս, լիցք: Բացի այս դասական օրենքներից, միջուկային ռեակցիաներում պահպանվում է այսպես կոչված պահպանման օրենքը բարիոնի լիցք(այսինքն՝ նուկլեոնների քանակը՝ պրոտոններ և նեյտրոններ)։ Գործում են նաև միջուկային և մասնիկների ֆիզիկային հատուկ պահպանման մի շարք այլ օրենքներ:

1. Ի՞նչ է միջուկային ռեակցիան:
2. Ո՞րն է տարբերությունը միջուկային ռեակցիայի և քիմիական ռեակցիայի միջև:
3. Ինչու՞ են առաջացած հելիումի միջուկները միմյանցից հեռանում հակառակ ուղղություններով:
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. Արդյո՞ք α մասնիկի արտանետման ռեակցիան միջուկային ռեակցիա է:
5. Լրացրեք միջուկային ռեակցիաները.
   • 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
   • 14 7 N + ? → 14 6 C + 1 1 p
   • 14 7 N + 4 2 Նա → ? + 1 1 Հ
   • 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934 Իրեն Կյուրին և Ֆրեդերիկ Ժոլիոտ-Կյուրին ստացան ֆոսֆորի ռադիոակտիվ իզոտոպ)
   • ? + 4 2 Նա → 30 14 Սի + 1 1 պ
6. Որոշեք միջուկային ռեակցիայի էներգիայի թողունակությունը:
   14 7 N + 4 2 Նա → 17 8 Օ + 1 1 Հ
   Ազոտի ատոմի զանգվածը 14,003074 ամու է, թթվածնի ատոմը՝ 16,999133 ամու, հելիումի ատոմը՝ 4,002603 ամու, ջրածնի ատոմը՝ 1,007825 ամու։

Անկախ աշխատանք

Տարբերակ 1

1.

1. ալյումինը (27 13 Al) գրավում է նեյտրոնը և արտանետում ալֆա մասնիկ;
2. ազոտը (14 7 N) ռմբակոծվում է α մասնիկներով և արտանետում պրոտոն։

2.

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

Պատասխաններ՝ ա) 13 7 Ն; բ) 1 1 p; գ) 1 0 n; դ) 14 7 N; ե) 4 2 Նա; ե) 35 16 Ս

3.

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

Տարբերակ 2

1. Գրե՛ք հետևյալ միջուկային ռեակցիաների հավասարումները.

1. ֆոսֆորը (31 15 R) գրավում է նեյտրոնը և արտանետում պրոտոն;
2. ալյումինը (27 13 Al) ռմբակոծվում է պրոտոններով և արտանետում α մասնիկ։

2. Լրացրեք միջուկային ռեակցիայի հավասարումը.

1. 18 8 O + 1 1 p → 1 0 n +
2. 11 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
3. 14 7 N + 4 2 Նա → 17 8 O +
4. 12 6 C + 1 0 n → 9 4 Be +
5. 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 R +
6. 24 11 Na → 24 12 Mg + 0 -1 e +

Պատասխաններ՝ ա) 4 2 Նա; բ) 18 9 F; գ) 14 7 N; դ) 1 0 n; ե) գ; ե) 1 1 p

3. Որոշեք ռեակցիաների էներգիայի ելքը.

1. 6 3 Li + 1 1 p → 4 2 He + 3 2 He;
2. 19 9 F + 1 1 p → 4 2 Նա + 16 8 Օ.

Անկախ աշխատանքն ավարտելուց հետո կատարվում է ինքնաթեստ։

Տնային առաջադրանք՝ No 1235 – 1238. (A.P. Rymkevich)