Notika šāda kodolreakcija 27 18. Kodolreakcijas (uzdevumi). Kas ir kodolenerģija

Teorija: Kodolreakcijas pakļaujas masas un lādiņa saglabāšanas likumiem.
Kopējā masa pirms reakcijas ir vienāda ar kopējo masu pēc reakcijas, kopējais lādiņš pirms reakcijas ir vienāds ar kopējo lādiņu pēc reakcijas.
Piemēram:
Izotopi ir noteikta ķīmiskā elementa šķirnes, kas atšķiras pēc to atomu kodolu masas. tie. Masas skaitļi ir atšķirīgi, bet lādiņu skaitļi ir vienādi.

Attēlā parādīta urāna-238 transformācijas ķēde svinā-206. Izmantojot attēlā redzamos datus, no piedāvātā apgalvojumu saraksta atlasiet divus pareizos. Norādiet to numurus.

1) Urāna-238 transformācijas ķēdē par stabilu svinu-206 izdalās seši hēlija kodoli.
2) Polonija-214 pussabrukšanas periods ir visīsākais šajā radioaktīvo pārveidojumu ķēdē.
3) Svins ar atommasu 206 tiek pakļauts spontānai alfa sabrukšanai.
4) Urāns-234, atšķirībā no urāna-238, ir stabils elements.
5) Bismuta-210 spontāna pārvēršanās par poloniju-210 notiek kopā ar elektrona emisiju.
Risinājums: 1) Urāna-238 transformācijas ķēdē par stabilu svinu-206 izdalās nevis seši, bet astoņi hēlija kodoli.
2) Polonija-214 pussabrukšanas periods ir visīsākais šajā radioaktīvo pārveidojumu ķēdē. Diagramma parāda, ka polonija-214 laiks ir visīsākais
3) Svins ar atommasu 206 nepakļaujas spontānai alfa sabrukšanai, tas ir stabils.
4) Urāns-234, atšķirībā no urāna-238, nav stabils elements.
5) Bismuta-210 spontāna pārvēršanās par poloniju-210 notiek kopā ar elektrona emisiju. Jo tika atbrīvota beta daļiņa.
Atbilde: 25
OGE uzdevums fizikā (fipi): Kāda daļiņa X izdalījās reakcijas rezultātā?

Risinājums: masa pirms reakcijas 14 + 4 = 18 amu, lādiņš 7e + 2e = 9e, lai masas un lādiņa nezūdamības likums izpildītos, daļiņai X jābūt 18 - 17 = 1 amu. un 9e - 8e = 1e, tāpēc daļiņa X ir protons.
Atbilde: 4
OGE uzdevums fizikā (fipi): Torija kodols kļuva par rādija kodolu. Kādu daļiņu izstaroja torija kodols?

3) alfa daļiņa
4) β-daļiņa
Risinājums: Masa mainījās par 4 un lādiņš par 2, tāpēc torija kodols izstaroja alfa daļiņu.
Atbilde: 3
OGE uzdevums fizikā (fipi):

1) alfa daļiņa
2) elektrons

Risinājums: Izmantojot masas un lādiņa nezūdamības likumu, mēs redzam, ka elementa masa ir 4, bet lādiņš ir 2, tāpēc tā ir alfa daļiņa.
Atbilde: 1
OGE uzdevums fizikā (fipi):

1) alfa daļiņa
2) elektrons

Risinājums: Izmantojot masas un lādiņa nezūdamības likumu, mēs redzam, ka elementa masa ir 1, bet lādiņš ir 0, tāpēc tas ir neitrons.
Atbilde: 4
OGE uzdevums fizikā (fipi):

3) elektrons
4) alfa daļiņa
Risinājums: Gamma daļiņai nav ne masas, ne lādiņa, tāpēc nezināmai daļiņai masa un lādiņš ir vienāds ar 1, nezināmā daļiņa ir protons.
Atbilde: 1
Kad neitronu uztver kodols, veidojas radioaktīvs izotops. Šīs kodolpārveides laikā tas izstaro

4) elektrons
Risinājums: Pierakstīsim uztveršanas reakciju
+ -> + ? .
Izmantojot masas un lādiņa nezūdamības likumu, mēs redzam, ka nezināmā elementa masa ir 4, bet lādiņš ir 2, tāpēc tā ir alfa daļiņa.

1. Uzskaitiet vairākas kodolreakcijas, kurās var veidoties 8Be izotops.

2. Kādai minimālajai kinētiskajai enerģijai laboratorijas sistēmā Tmin jābūt neitronam, lai būtu iespējama reakcija 16 O(n,α) 13 C?

3. Vai reakcija 6 Li(d,α) 4 He ir endotermiska vai eksotermiska? Kodolu specifiskās saistīšanās enerģijas MeV ir dotas: ε(d) = 1,11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33.

4. Nosakiet T poru sliekšņus 12 C fotošķelšanās reakcijām.

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

5. Nosakiet reakcijas sliekšņus: 7 Li(p,α) 4 He un 7 Li(p,γ) 8 Be.

6. Nosakiet, kādai minimālajai enerģijai jābūt protonam, lai būtu iespējama reakcija p + d → p + p + n. Tiek dotas liekās masas. Δ(1 H) = 7,289 MeV, Δ(2 H) = 13,136 MeV,
Δ(n) = 8,071 MeV.

7. Vai ir iespējamas reakcijas:

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

α-daļiņu ietekmē ar kinētisko enerģiju T = 10 MeV?

8. Identificējiet daļiņu X un aprēķiniet reakcijas enerģijas Q šādos gadījumos:

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. Kādai minimālajai enerģijai Tmin jābūt deuteronam, lai neelastīgās izkliedes rezultātā 10 B kodolā ierosinātu stāvokli ar enerģiju Eexc = 1,75 MeV?

10. Aprēķiniet reakcijas slieksni: 14 N + α→ 17 O + p, divos gadījumos, ja krītošā daļiņa ir:
1) α-daļiņa,
2) 14 N kodols Reakcijas enerģija Q = 1,18 MeV. Izskaidrojiet rezultātu.

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

12. Kādi kodoli var veidoties reakciju rezultātā: 1) protonu ar enerģiju 10 MeV uz mērķi 7 Li; 2) 7 Li kodoli ar 10 MeV enerģiju uz ūdeņraža mērķa?

13. 7 LI kodols uztver lēnu neitronu un izstaro γ-kvantu. Kāda ir γ-kvanta enerģija?

14. Laboratorijas sistēmā nosaka 9 Be kodola kinētisko enerģiju, kas veidojas pie neitronu enerģijas sliekšņa reakcijā 12 C(n,α) 9 Be.

15. Apstarojot dabisko bora mērķi, tika novērota radioaktīvo izotopu parādīšanās ar pussabrukšanas periodu 20,4 min un 0,024 s. Kādi izotopi veidojās? Kādas reakcijas izraisīja šo izotopu veidošanos?

16. Dabiskais bora mērķis tiek bombardēts ar protoniem. Pēc apstarošanas beigām daļiņu detektors reģistrēja 100 Bq aktivitāti. Pēc 40 minūtēm parauga aktivitāte samazinājās līdz ~ 25 Bq. Kāds ir aktivitātes avots? Kāda kodolreakcija notiek?

17. α-daļiņa ar kinētisko enerģiju T = 10 MeV piedzīvo elastīgu frontālo sadursmi ar 12 C kodolu. Nosakiet kinētisko enerģiju ZS. 12 C T C kodoli pēc sadursmes.

18. Nosakiet reakcijā izveidoto 7 Be kodolu maksimālo un minimālo enerģiju
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) paātrinātu protonu ar enerģiju T p = 5 MeV ietekmē.

19. -Daļiņām, kas emitētas leņķī θ neelastīga = 30 0 neelastīgās izkliedes reakcijas rezultātā ar 12 C kodola stāvokļa ierosināšanu ar enerģiju E exc = 4,44 MeV, ir tāda pati enerģija ZS kā tām, kas ir elastīgi izkliedētas uz tā paša kodols α- daļiņas leņķī θ kontrole = 45 0. Nosakiet α-daļiņu enerģiju, kas krīt uz mērķi.

20. α-Daļiņas ar enerģiju T = 5 MeV mijiedarbojas ar stacionāro 7 Li kodolu. Nosakiet impulsu lielumu S.C.I, kas rodas reakcijas 7 Li(α,n) 10 B neitronu p α un 10 B p Be kodola rezultātā.

21. Izmantojot reakciju 32 S(α,p) 35 Cl, tiek pētīti 35Cl (1,219; 1,763; 2,646; 2,694; 3,003; 3,163 MeV) zemie ierosinātie stāvokļi. Kuru no šiem stāvokļiem ierosinās α-daļiņu stars ar enerģiju 5,0 MeV? Noteikt šajā reakcijā novēroto protonu enerģijas 0 0 un 90 0 leņķos pie E = 5,0 MeV.

22. Izmantojot impulsu diagrammu, iegūstiet attiecību starp leņķiem ZS. un s.c.i.

23. Protons ar kinētisko enerģiju Ta = 5 MeV ietriecas 1 H kodolā un ir elastīgi izkliedēts pa to. Nosakiet atsitiena kodola enerģiju T B un izkliedes leņķi θ B 1 N, ja protonu izkliedes leņķis θ b = 30 0.

24. T(d,n)α reakciju plaši izmanto neitronu ražošanai. Noteikt neitronu enerģiju T n, kas izstaro 90 0 leņķī neitronu ģeneratorā, izmantojot deuteronus, kas paātrināti līdz enerģijai T d = 0,2 MeV.

25. Lai iegūtu neitronus, tiek izmantota reakcija 7 Li(p,n) 7 Be. Protonu enerģija T p = 5 MeV. Eksperimentam nepieciešami neitroni ar enerģiju T n = 1,75 MeV. Kādā leņķī θ n attiecībā pret protonu staru kūļa virzienu tiks emitēti neitroni ar šādu enerģiju? Kāda būs neitronu enerģiju ΔT izplatība, ja tās izolē, izmantojot 1 cm kolimatoru, kas atrodas 10 cm attālumā no mērķa.

26. Noteikt reakcijā 27 Al(,t) 28 Si radušos tritija orbitālo momentu l t, ja krītošās α daļiņas orbitālais moments l α = 0.

27. Pie kāda protona relatīvā orbitālā leņķiskā impulsa ir iespējama kodolreakcija p + 7 Li → 8 Be * → α + α?

28. Ar kādu orbitālo momentu l p var izstarot protonus reakcijā 12 C(,p) 11 B, ja: 1) pamatstāvoklī veidojas gala kodols, un tiek absorbēts E2 fotons; 2) 1/2 + stāvoklī veidojas gala kodols, un M1 fotons tiek absorbēts; 3) pamatstāvoklī veidojas gala kodols, un E1 fotons tiek absorbēts?

29. Kodolā absorbējot -kvantu, tiek emitēts neitrons ar orbitālo impulsu l n = 2. Nosakiet -kvanta daudzpolu, ja gala kodols veidojas pamatstāvoklī.

30. 12 C kodols absorbē γ-kvantu, kā rezultātā izstaro protonu ar orbitālo impulsu l = 1 Noteikt absorbētā γ-kvanta daudzpolu, ja gala kodols veidojas pamatstāvoklī?

31. Noteikt deiterona l d orbitālo impulsu uzņemšanas reakcijā 15 N(n,d) 14 C, ja neitrona orbitālais impulss l n = 0.

33. 40 Ca kodols absorbē E1 γ-kvantu. Kādas vienas daļiņas pārejas ir iespējamas?

34. 12 C kodols absorbē E1 γ-kvantu. Kādas vienas daļiņas pārejas ir iespējamas?

35. Vai deuteronu neelastīgās izkliedes reakcijā uz 10 V kodola ir iespējams ierosināt stāvokli ar raksturlielumiem J P = 2 + , I = 1?

36. Aprēķiniet daļiņas ar enerģiju 3 MeV izkliedes šķērsgriezumu 238 U kodola Kulona laukā leņķa diapazonā no 150 0 līdz 170 0.

37. Zelta plāksni ar biezumu d = 0,1 mm apstaro α-daļiņu stars ar intensitāti N 0 = 10 3 daļiņas/s. -daļiņu kinētiskā enerģija T = 5 MeV. Cik α-daļiņu uz telpiskā leņķa vienību sekundē nokrīt uz detektoru, kas atrodas leņķī = 170 0? Zelta blīvums ρ = 19,3 g/cm3.

38. Kolimēts α-daļiņu stars ar enerģiju T = 10 MeV perpendikulāri nokrīt uz vara folijas ar biezumu δ = 1 mg/cm 2. Daļiņas, kas izkliedētas leņķī = 30, nosaka detektors ar laukumu S = 1 cm 2, kas atrodas l = 20 cm attālumā no mērķa. Kādu daļu no kopējā izkliedēto α daļiņu skaita reģistrēs detektors?

39. Pētot reakciju 27 Al(p,d) 26 Al protonu ietekmē ar enerģiju T p = 62 MeV deuteronu spektrā mērot leņķī θ d = 90, izmantojot cietā leņķa detektoru.
dΩ = 2·10 -4 sr, tika novēroti maksimumi ar enerģijām T d = 45,3; 44,32; 40,91 MeV. Ar kopējo protonu lādiņu q = 2, 19 mC, kas krīt uz mērķi, kura biezums ir δ = 5 mg/cm2, N skaitu šajās virsotnēs bija attiecīgi 5180, 1100 un 4570. Nosakiet 26 Al kodola līmeņu enerģijas, kuru ierosme tika novērota šajā reakcijā. Aprēķiniet šo procesu diferenciālos šķērsgriezumus dσ/dΩ.

40. Integrālais šķērsgriezums reakcijai 32 S(γ,p) 31 P ar galīgā 31 P kodola veidošanos pamatstāvoklī pie krītošā γ kvantu enerģijas, kas vienāda ar 18 MeV, ir 4 mb. Novērtējiet apgrieztās reakcijas 31 P(p,γ) 32 S integrālā šķērsgriezuma vērtību, kas atbilst tādai pašai 32 S kodola ierosmes enerģijai kā reakcijā 32 S(γ,p) 31 P. Ņem vērā ka šī ierosme tiek noņemta γ pārejas dēļ uz pamatstāvokli.

41. Aprēķināt intensitāti neitronu staram J, ar kuru tika apstarota 55 Mn plāksne ar biezumu d = 0,1 cm t act = 15 min, ja t atdzesē = 150 min pēc apstarošanas beigām, tā aktivitāte I bija 2100 Bq. 56 Mn pussabrukšanas periods ir 2,58 stundas, aktivācijas šķērsgriezums ir σ = 0,48 b, plāksnes vielas blīvums ir ρ = 7,42 g/cm3.

42. Diferenciālās reakcijas šķērsgriezums dσ/dΩ 90 0 leņķī ir 10 mb/sr. Aprēķināt integrālā šķērsgriezuma vērtību, ja diferenciālā šķērsgriezuma leņķiskā atkarība ir formā 1+2sinθ.

43. Lēnu (T n 1 keV) neitronu izkliede uz kodola ir izotropiska. Kā var izskaidrot šo faktu?

44. Nosakiet ierosmes enerģiju saliktam kodolam, kas veidojas, kad α-daļiņu ar enerģiju T = 7 MeV uztver stacionārs 10 V kodols.

45. Reakcijas 27 Al (α,р) 30 Si šķērsgriezumā maksimumi tiek novēroti pie α-daļiņu enerģijām T 3,95; 4,84 un 6,57 MeV. Noteikt saliktā kodola ierosmes enerģijas, kas atbilst maksimumiem šķērsgriezumā.

46. Ar kādu orbitālo impulsu protonus ar Тр = 2 MeV var izkliedēt uz 112 Sn kodolu?

47. Novērtēt šķērsgriezumu saliktā kodola veidošanās laikā neitronu ar kinētisko enerģiju T n = 1 eV mijiedarbības laikā ar zelta kodoliem 197 Au.

48. Novērtēt šķērsgriezumu saliktā kodola veidošanās laikā neitronu mijiedarbības laikā ar kinētisko enerģiju T n = 30 MeV ar zelta kodoliem 197 Au.

Sadaļas: Fizika

Klase: 11

Nodarbības mērķi: iepazīstināt studentus ar kodolreakcijām, ar atomu kodolu maiņas procesiem, dažu kodolu pārvēršanos citos mikrodaļiņu ietekmē. Uzsveriet, ka tās nekādā gadījumā nav ķīmiskas reakcijas, savienojot un atdalot elementu atomus vienu no otra, ietekmējot tikai elektroniskos čaulas, bet gan kodolu kā nukleonu sistēmu pārstrukturēšanu, dažu ķīmisko elementu pārveidošanu citos.

Nodarbību pavada 21 slaida prezentācija (pielikums).

Nodarbību laikā

Atkārtojums

1. Kāds ir atomu kodolu sastāvs?

KODOLS (atoms)- šī ir pozitīvi lādētā atoma centrālā daļa, kurā ir koncentrēti 99,96% no tā masas. Kodola rādiuss ir ~10–15 m, kas ir aptuveni simts tūkstošus reižu mazāks par visa atoma rādiusu, ko nosaka tā elektronu apvalka lielums.

Atomu kodols sastāv no protoniem un neitroniem. To kopējais skaits kodolā ir apzīmēts ar burtu A un to sauc par masas skaitli. Protonu skaits kodolā Z nosaka kodola elektrisko lādiņu un sakrīt ar elementa atomskaitli elementu periodiskajā tabulā D.I. Mendeļejevs. Neitronu skaitu kodolā var definēt kā starpību starp kodola masas skaitu un protonu skaitu tajā. Masas skaitlis ir nukleonu skaits kodolā.

2. Kā izskaidrot atomu kodolu stabilitāti?

KODOLSPĒKI ir nukleonu mijiedarbības mērs atoma kodolā. Tieši šie spēki notur līdzīgi lādētus protonus kodolā, neļaujot tiem izkliedēties elektrisko atgrūdošo spēku ietekmē.

3. Nosauc kodolspēku īpašības.

Kodolspēkiem ir vairākas īpašas īpašības:

4. Kāda ir kodola saistīšanās enerģija?

ATOMAKODOLA SAISTOŠĀ ENERĢIJA- šī ir minimālā enerģija, kas nepieciešama pilnīgai kodola sadalīšanai atsevišķos nukleonos. Atšķirība starp nukleonu (protonu un neitronu) masu summu un no tiem sastāvošā kodola masu, kas reizināta ar gaismas ātruma kvadrātu vakuumā, ir nukleonu saistīšanās enerģija kodolā. Saistīšanas enerģiju uz vienu nukleonu sauc par specifisko saistīšanas enerģiju.

5. Kāpēc kodola masa nav vienāda ar tajā iekļauto protonu un neitronu masu summu?

Kad no nukleoniem veidojas kodols, kodola enerģija samazinās, ko pavada masas samazināšanās, t.i., kodola masai jābūt mazākai par atsevišķo nukleonu masu summu, kas veido šo kodolu.

6. Kas ir radioaktivitāte?

Jauna materiāla apgūšana.

KODOLREAKCIJA ir atoma kodola mijiedarbības process ar citu kodolu vai elementārdaļiņu, ko pavada izmaiņas A (a, b) B vai A + a → B + b sastāvā un struktūrā.

Kādas ir līdzības un atšķirības starp kodolreakcijām un radioaktīvo sabrukšanu?

Kopīga iezīme kodolreakcija un radioaktīvā sabrukšana ir viena atoma kodola pārvēršana citā.

Bet radioaktīvā sabrukšana notiek spontāni, bez ārējas ietekmes, un kodolreakcija sauca ietekme bombardējošā daļiņa.

Kodolreakciju veidi:

caur salikta kodola veidošanās stadiju;
tiešā kodolreakcija (enerģija lielāka par 10 MeV);
dažādu daļiņu ietekmē: protoni, neitroni, ...;
kodolsintēze;
kodola skaldīšana;
ar enerģijas absorbciju un enerģijas atbrīvošanu.

Pirmo kodolreakciju veica E. Rezerfords 1919. gadā eksperimentos, lai noteiktu protonus kodola sabrukšanas produktos. Rezerfords bombardēja slāpekļa atomus ar alfa daļiņām. Daļiņām saduroties, notika kodolreakcija, kas norisinājās pēc šādas shēmas:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Kodolreakciju nosacījumi

Lai veiktu kodolreakciju pozitīvi lādētas daļiņas ietekmē, ir nepieciešams, lai daļiņai būtu pietiekama kinētiskā enerģija, lai pārvarētu Kulona atgrūšanas spēku darbību. Neuzlādētas daļiņas, piemēram, neitroni, var iekļūt atomu kodolos ar patvaļīgi zemu kinētisko enerģiju. Kodolreakcijas var notikt, kad atomi tiek bombardēti ar ātri uzlādētām daļiņām (protoniem, neitroniem, α-daļiņām, joniem).

Pirmā reakcija, bombardējot atomus ar ātri uzlādētām daļiņām, tika veikta, izmantojot augstas enerģijas protonus, kas tika ražoti akseleratorā 1932.
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Tomēr visinteresantākās praktiskai lietošanai ir reakcijas, kas notiek kodolu mijiedarbības laikā ar neitroniem. Tā kā neitroniem nav lādiņa, tie var viegli iekļūt atomu kodolos un izraisīt to pārvērtības. Izcilais itāļu fiziķis E. Fermi bija pirmais, kurš pētīja neitronu izraisītās reakcijas. Viņš atklāja, ka kodolpārvērtības izraisa ne tikai ātri, bet arī lēni neitroni, kas pārvietojas ar termisko ātrumu.

Reibumā veikt kodolreakciju pozitīvi uzlādēts daļiņas ir nepieciešamas daļiņai bija kinētiskā enerģija, pietiek, lai pārvarot Kulona atgrūšanas spēku darbību. Neuzlādētas daļiņas, piemēram, neitroni, var iekļūt atomu kodolos ar patvaļīgi zemu kinētisko enerģiju.

Uzlādēti daļiņu paātrinātāji(studenta ziņa)

Lai iekļūtu mikrokosmosa noslēpumos, cilvēks izgudroja mikroskopu. Laika gaitā kļuva skaidrs, ka optisko mikroskopu iespējas ir ļoti ierobežotas - tie neļauj “ieskatīties” atomu dziļumos. Šiem nolūkiem piemērotāki izrādījās nevis gaismas stari, bet gan lādētu daļiņu stari. Tādējādi slavenajos E. Rezerforda eksperimentos tika izmantota radioaktīvo zāļu izdalītā α-daļiņu plūsma. Taču dabiskie daļiņu (radioaktīvo vielu) avoti rada ļoti zemas intensitātes starus, daļiņu enerģija ir salīdzinoši zema, turklāt šie avoti ir nekontrolējami. Tāpēc radās problēma radīt mākslīgus paātrinātu lādētu daļiņu avotus. Tie jo īpaši ietver elektronu mikroskopus, kuros izmanto elektronu starus ar enerģiju, kas ir aptuveni 10 5 eV.

20. gadsimta 30. gadu sākumā parādījās pirmie lādētie daļiņu paātrinātāji. Šajās instalācijās uzlādētas daļiņas (elektroni vai protoni), kas pārvietojas vakuumā elektrisko un magnētisko lauku ietekmē, iegūst lielu enerģijas daudzumu (paātrina). Jo lielāka ir daļiņas enerģija, jo īsāks ir tās viļņa garums, tāpēc šādas daļiņas ir piemērotākas mikroobjektu “zondēšanai”. Tajā pašā laikā, palielinoties daļiņas enerģijai, palielinās tās izraisīto daļiņu savstarpējo konversiju skaits, izraisot jaunu elementārdaļiņu dzimšanu. Jāpatur prātā, ka iekļūšana atomu un elementārdaļiņu pasaulē nav lēta. Jo lielāka ir paātrināto daļiņu galīgā enerģija, jo sarežģītāki un lielāki ir paātrinātāji; to izmēri var sasniegt vairākus kilometrus. Esošie paātrinātāji ļauj ražot lādētu daļiņu starus ar enerģiju no vairākiem MeV līdz simtiem GeV. Daļiņu staru intensitāte sasniedz 10 15 – 10 16 daļiņas sekundē; šajā gadījumā staru var fokusēt uz mērķi, kura laukums ir tikai daži kvadrātmilimetri. Protoni un elektroni visbiežāk tiek izmantoti kā paātrinātas daļiņas.

Jaudīgākie un dārgākie paātrinātāji tiek būvēti tīri zinātniskiem nolūkiem – lai iegūtu un pētītu jaunas daļiņas, pētītu daļiņu savstarpējo pārvēršanos. Salīdzinoši zemas enerģijas paātrinātājus plaši izmanto medicīnā un tehnoloģijā - vēža slimnieku ārstēšanai, radioaktīvo izotopu ražošanai, polimērmateriālu īpašību uzlabošanai un daudziem citiem mērķiem.

Esošo paātrinātāju veidu dažādību var iedalīt četrās grupās: tiešie paātrinātāji, lineārie paātrinātāji, cikliskie paātrinātāji, sadursmes staru paātrinātāji.

Kur atrodas paātrinātāji? IN Dubna(Apvienotais kodolpētniecības institūts) V.I.Vekslera vadībā 1957.gadā tika uzbūvēts sinhronais fasotrons. IN Serpuhovs– sinhrofazotrons, kura gredzenveida vakuuma kameras garums, kas atrodas magnētiskajā laukā, ir 1,5 km; protonu enerģija 76 GeV. IN Novosibirska(Kodolfizikas institūts) G.I.Budkera vadībā tika iedarbināti paātrinātāji, kas izmanto sadursmes elektronu-elektronu un elektronu-pozitronu starus (stariem 700 MeV un 7 GeV). IN Eiropā (CERN, Šveice - Francija) paātrinātāji darbojas ar 30 GeV sadursmes protonu stariem un ar 270 GeV protonu-antiprotonu stariem. Šobrīd Lielā hadronu paātrinātāja (LHC) būvniecības laikā uz Šveices un Francijas robežas ir pabeigts būtisks būvdarbu posms - daļiņu paātrinātāja supravadošo magnētu uzstādīšana.

Koliders tiek būvēts tunelī ar 26 650 metru perimetru aptuveni simts metru dziļumā. Pirmās izmēģinājuma sadursmes koliderā bija plānots veikt 2007.gada novembrī, taču viena no magnētiem, kas notika testa darbu laikā, sabojāsies instalācijas nodošanas ekspluatācijā grafiks. Lielais hadronu paātrinātājs ir paredzēts elementārdaļiņu meklēšanai un pētīšanai. Pēc palaišanas LHC būs jaudīgākais daļiņu paātrinātājs pasaulē, pārspējot savus tuvākos konkurentus gandrīz par lielumu. Lielā hadronu paātrinātāja zinātniskā kompleksa būvniecība notiek jau vairāk nekā 15 gadus. Šajā darbā ir iesaistīti vairāk nekā 10 tūkstoši cilvēku no 500 zinātniskiem centriem visā pasaulē.

Kodolreakcijas pavada enerģijas transformācijas. Enerģijas izlaide kodolreakciju sauc par daudzumu:
J = (M A+ M B – M C – M D) c 2 = Δ Mc 2 kur M A un M B – sākotnējo produktu masas, M C un M D – reakcijas galaproduktu masas. Vērtība Δ M sauca masas defekts. Kodolreakcijas var rasties, atbrīvojoties ( J> 0) vai ar enerģijas absorbciju ( J < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |J|, ko sauc reakcijas slieksnis.

Lai kodolreakcijai būtu pozitīva enerģijas izvade, specifiskā saistīšanas enerģija nukleoniem sākotnējo produktu kodolos jābūt mazākiem par nukleonu īpatnējo saistīšanas enerģiju galaproduktu kodolos. Tas nozīmē, ka vērtība Δ M jābūt pozitīvam.

Kodolreakciju mehānisms

Divi kodolreakcijas posmi:

daļiņas absorbcija kodolā un ierosināta kodola veidošanās. Enerģija tiek sadalīta starp visiem kodola nukleoniem, katrs no tiem veido enerģiju, kas ir mazāks par īpatnējo saistīšanas enerģiju, un tie nevar iekļūt kodolā. Nukleoni apmainās ar enerģiju savā starpā, un viens no tiem vai nukleonu grupa var koncentrēt enerģiju, kas ir pietiekama, lai pārvarētu kodola saistīšanās spēkus un atbrīvotos no kodola.
Daļiņu emisija no kodola notiek līdzīgi kā molekulas iztvaikošana no šķidruma piliena virsmas. Laika intervāls no primārās daļiņas absorbcijas brīža kodolā līdz sekundārās daļiņas emisijas brīdim ir aptuveni 10 -12 s.

Kodolreakciju saglabāšanas likumi

Kodolreakciju laikā vairākas saglabāšanas likumi: impulss, enerģija, leņķiskais impulss, lādiņš. Papildus šiem klasiskajiem likumiem kodolreakcijās saglabāšanas likums t.s bariona lādiņš(t.i. nukleonu skaits – protoni un neitroni). Ir spēkā arī vairāki citi kodolenerģijas un daļiņu fizikas saglabāšanas likumi.

Kas ir kodolreakcija?
Kāda ir atšķirība starp kodolreakciju un ķīmisko reakciju?
Kāpēc izveidotie hēlija kodoli izlido pretējos virzienos?
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
Vai α daļiņas emisijas reakcija ir kodolreakcija?
Pabeidziet kodolreakcijas:
- 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
- 14 7 N+? → 14 6 C + 1 1 lpp
- 14 7 N + 4 2 Viņš → ? + 1 1 H
- 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934. gadā Irēna Kirī un Frederiks Džolio-Kirī ieguva radioaktīvo fosfora izotopu)
- ? + 4 2 Viņš → 30 14 Si + 1 1 p
Nosakiet kodolreakcijas enerģijas izvadi.
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
Slāpekļa atoma masa ir 14,003074 amu, skābekļa atoms ir 16,999133 amu, hēlija atoms ir 4,002603 amu, ūdeņraža atoms ir 1,007825 amu.