ปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อไปนี้เกิดขึ้น 27 18. ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (งาน). พลังงานยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์คืออะไร

ทฤษฎี:ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ
มวลรวมก่อนปฏิกิริยาจะเท่ากับมวลรวมหลังปฏิกิริยา ประจุทั้งหมดก่อนปฏิกิริยาจะเท่ากับประจุทั้งหมดหลังปฏิกิริยา
ตัวอย่างเช่น:
ไอโซโทปเป็นองค์ประกอบทางเคมีหลายประเภทซึ่งมีมวลนิวเคลียสของอะตอมต่างกัน เหล่านั้น. เลขมวลต่างกัน แต่เลขประจุเหมือนกัน

รูปภาพนี้แสดงห่วงโซ่ของการเปลี่ยนรูปของยูเรเนียม-238 ไปเป็นตะกั่ว-206 ใช้ข้อมูลในรูป เลือกสองรายการที่ถูกต้องจากรายการข้อความที่เสนอ ระบุหมายเลขของพวกเขา

1) ในห่วงโซ่การเปลี่ยนแปลงของยูเรเนียม-238 ให้เป็นตะกั่ว-206 ที่เสถียร จะมีการปล่อยนิวเคลียสฮีเลียมหกตัวออกมา
2) Polonium-214 มีครึ่งชีวิตสั้นที่สุดในห่วงโซ่การเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีที่นำเสนอ
3) ตะกั่วที่มีมวลอะตอม 206 ผ่านการสลายอัลฟาที่เกิดขึ้นเอง
4) ยูเรเนียม-234 ต่างจากยูเรเนียม-238 ตรงที่เป็นองค์ประกอบที่เสถียร
5) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของบิสมัท-210 ไปเป็นพอโลเนียม-210 นั้นมาพร้อมกับการปล่อยอิเล็กตรอน
สารละลาย: 1) ในห่วงโซ่ของการเปลี่ยนแปลงของยูเรเนียม-238 เป็นตะกั่ว -206 ที่เสถียรไม่ใช่หก แต่มีนิวเคลียสฮีเลียมแปดตัวถูกปล่อยออกมา
2) Polonium-214 มีครึ่งชีวิตสั้นที่สุดในห่วงโซ่การเปลี่ยนแปลงของกัมมันตภาพรังสีที่นำเสนอ แผนภาพแสดงว่าเวลาที่สั้นที่สุดสำหรับพอโลเนียม-214
3) ตะกั่วที่มีมวลอะตอม 206 ไม่ผ่านการสลายอัลฟาที่เกิดขึ้นเอง แต่มีความเสถียร
4) ยูเรเนียม-234 ต่างจากยูเรเนียม-238 ตรงที่ไม่ใช่ธาตุที่เสถียร
5) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองของบิสมัท-210 ไปเป็นพอโลเนียม-210 นั้นมาพร้อมกับการปล่อยอิเล็กตรอน เนื่องจากมีการปล่อยอนุภาคบีตาออกมา
คำตอบ: 25
การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi):อนุภาค X ใดที่ถูกปล่อยออกมาจากปฏิกิริยานี้

สารละลาย:มวลก่อนปฏิกิริยา 14 + 4 = 18 amu ประจุ 7e + 2e = 9e เพื่อให้เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ อนุภาค X จะต้องมี 18 - 17 = 1 amu และ 9e - 8e = 1e ดังนั้นอนุภาค X จึงเป็นโปรตอน
คำตอบ: 4
การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi):นิวเคลียสทอเรียมกลายเป็นนิวเคลียสเรเดียม นิวเคลียสของทอเรียมปล่อยอนุภาคใดออกมา

3) อนุภาคอัลฟ่า
4) β-อนุภาค
สารละลาย:มวลเปลี่ยนไป 4 และประจุเพิ่มขึ้น 2 ดังนั้นนิวเคลียสของทอเรียมจึงปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา
คำตอบ: 3
การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi):

1) อนุภาคอัลฟ่า
2) อิเล็กตรอน

สารละลาย:จากกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ เราจะเห็นว่ามวลขององค์ประกอบคือ 4 และประจุคือ 2 ดังนั้นมันจึงเป็นอนุภาคแอลฟา
คำตอบ: 1
การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi):

1) อนุภาคอัลฟ่า
2) อิเล็กตรอน

สารละลาย:จากกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ เราจะเห็นว่ามวลของธาตุเป็น 1 และประจุเป็น 0 ดังนั้นธาตุจึงเป็นนิวตรอน
คำตอบ: 4
การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi):

3) อิเล็กตรอน
4) อนุภาคอัลฟา
สารละลาย:อนุภาคแกมมาไม่มีทั้งมวลและไม่มีประจุ ดังนั้นอนุภาคที่ไม่รู้จักจึงมีมวลและประจุเท่ากับ 1 อนุภาคที่ไม่รู้จักคือโปรตอน
คำตอบ: 1
เมื่อนิวตรอนถูกจับโดยนิวเคลียส จะเกิดไอโซโทปกัมมันตรังสีขึ้น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์นี้ มันจะปล่อยออกมา

4) อิเล็กตรอน
สารละลาย:มาเขียนปฏิกิริยาการจับกัน
+ -> + ? .
จากกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ เราจะเห็นว่ามวลของธาตุที่ไม่รู้จักคือ 4 และประจุคือ 2 ดังนั้นมันจึงเป็นอนุภาคแอลฟา

1. แสดงรายการปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายอย่างที่สามารถเกิดไอโซโทป 8Be ได้

2. พลังงานจลน์ขั้นต่ำในระบบห้องปฏิบัติการ Tmin ต้องมีนิวตรอนจึงจะทำปฏิกิริยา 16 O(n,α) 13 C ได้

3. ปฏิกิริยา 6 Li(d,α) 4 He เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนหรือคายความร้อนหรือไม่? พลังงานการจับยึดจำเพาะของนิวเคลียสใน MeV ได้รับ: ε (d) = 1.11; ε() = 7.08; ε(6 หลี่) = 5.33.

4. กำหนดขีดจำกัดของรูพรุนสำหรับปฏิกิริยาโฟโตคลีเวจ 12 C

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

5. กำหนดเกณฑ์การเกิดปฏิกิริยา: 7 Li(p,α) 4 He และ 7 Li(p,γ) 8 Be

6. พิจารณาว่าโปรตอนต้องมีพลังงานขั้นต่ำเท่าใดจึงจะเกิดปฏิกิริยา p + d → p + p + n ให้มวลส่วนเกิน Δ(1 H) = 7.289 MeV, Δ(2 H) = 13.136 MeV,
Δ(n) = 8.071 MeV

7. ปฏิกิริยาเป็นไปได้หรือไม่:

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

ภายใต้อิทธิพลของอนุภาคαที่มีพลังงานจลน์ T = 10 MeV?

8. ระบุอนุภาค X และคำนวณพลังงานปฏิกิริยา Q ในกรณีต่อไปนี้:

1. 35 Cl + X → 32 S + α;	4. 23 นา + พี→ 20 นา + X;
2. 10 B + X → 7 Li + α;	5. 23 นา + ดี→ 24 มก. + X;
3. 7 Li + X → 7 เป็น + n;	6. 23 นา + d→ 24 นา + X

9. ดิวเทอรอนต้องมีพลังงานขั้นต่ำเท่าใดเพื่อกระตุ้นสถานะที่มีพลังงาน Eexc = 1.75 MeV อันเป็นผลมาจากการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นบนนิวเคลียส 10 B

10. คำนวณเกณฑ์ขั้นต่ำของปฏิกิริยา: 14 N + α→ 17 O + p ในสองกรณี หากอนุภาคที่ตกกระทบคือ:
1) α-อนุภาค
2) 14 N นิวเคลียส พลังงานปฏิกิริยา Q = 1.18 MeV อธิบายผลลัพธ์

1. ง(p,γ) 3 เขา;	5. 32 ส(γ,พี) 31 พิ;
2. ง(ง, 3 เขา)n;	6. 32 (γ,n) 31 วิ;
3. 7 หลี่(p,n) 7 เป็น;	7. 32 ส(γ,α) 28 ศรี;
4. 3 เขา(α,γ) 7 เป็น;	8. 4 เขา(α,p) 7 ลี;

12. นิวเคลียสใดที่สามารถเกิดขึ้นได้อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาภายใต้อิทธิพลของ: 1) โปรตอนที่มีพลังงาน 10 MeV บนเป้าหมาย 7 Li; 2) นิวเคลียส 7 Li ที่มีพลังงาน 10 MeV บนเป้าหมายไฮโดรเจน?

13. นิวเคลียส 7 LI จับนิวตรอนช้าและปล่อย γ-ควอนตัม พลังงานของγ-ควอนตัมคืออะไร?

14. กำหนดในระบบห้องปฏิบัติการว่าพลังงานจลน์ของนิวเคลียส 9 Be ก่อตัวที่ค่าเกณฑ์ของพลังงานนิวตรอนในปฏิกิริยา 12 C(n,α) 9 Be

15. เมื่อเป้าหมายโบรอนตามธรรมชาติถูกฉายรังสี จะสังเกตเห็นลักษณะของไอโซโทปกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิต 20.4 นาที และ 0.024 วินาที ไอโซโทปใดเกิดขึ้น? ปฏิกิริยาใดที่ทำให้เกิดไอโซโทปเหล่านี้

16. เป้าหมายโบรอนตามธรรมชาติถูกถล่มด้วยโปรตอน หลังจากการฉายรังสีสิ้นสุดลง เครื่องตรวจจับอนุภาคบันทึกกิจกรรมที่ 100 Bq หลังจาก 40 นาที กิจกรรมของตัวอย่างลดลงสู่ ~25 Bq ที่มาของกิจกรรมคืออะไร? ปฏิกิริยานิวเคลียร์อะไรเกิดขึ้น?

17. อนุภาค α ที่มีพลังงานจลน์ T = 10 MeV เกิดการชนกันแบบยืดหยุ่นกับนิวเคลียส 12 C จงหาพลังงานจลน์ในหน่วย hp 12 C T C นิวเคลียสหลังจากการชน

18. กำหนดพลังงานสูงสุดและต่ำสุดของ 7 เป็นนิวเคลียสที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยา
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1.65 MeV) ภายใต้อิทธิพลของโปรตอนเร่งด้วยพลังงาน T p = 5 MeV

19. - อนุภาคที่ปล่อยออกมาที่มุม θ ไม่ยืดหยุ่น = 30 0 อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่นพร้อมการกระตุ้นของสถานะของนิวเคลียส 12 C ด้วยพลังงาน E exc = 4.44 MeV มีพลังงานเท่ากันในหน่วย hp ในขณะที่อนุภาคที่กระจัดกระจายแบบยืดหยุ่นบนจุดเดียวกัน นิวเคลียส α- อนุภาคที่มุม θ ควบคุม = 45 0 กำหนดพลังงานของอนุภาค α ที่ตกกระทบบนเป้าหมาย

20. α-อนุภาคที่มีพลังงาน T = 5 MeV ทำปฏิกิริยากับนิวเคลียส 7 Li ที่อยู่กับที่ จงหาขนาดของพัลส์ใน S.C.I. ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา 7 Li(α,n) 10 B นิวตรอน p α และ 10 B p เป็นนิวเคลียส

21. โดยใช้ปฏิกิริยา 32 S(α,p) 35 Cl มีการศึกษาสภาวะตื่นเต้นต่ำที่ 35 Cl (1.219; 1.763; 2.646; 2.694; 3.003; 3.163 MeV) สถานะใดต่อไปนี้จะตื่นเต้นกับลำแสงอนุภาค α ที่มีพลังงาน 5.0 MeV จงหาพลังงานของโปรตอนที่พบในปฏิกิริยานี้ที่มุม 0 0 และ 90 0 ที่ E = 5.0 MeV

22. ใช้แผนภาพอิมพัลส์ หาความสัมพันธ์ระหว่างมุมเป็นแรงม้า และวิทยาศาสตร์

23. โปรตอนที่มีพลังงานจลน์ T a = 5 MeV กระทบนิวเคลียส 1 H และมีการกระจายอย่างยืดหยุ่นบนนิวเคลียส จงหาพลังงาน T B และมุมการกระเจิง θ B ของนิวเคลียสหดตัว 1 N ถ้ามุมการกระเจิงของโปรตอน θ b = 30 0

24. ปฏิกิริยา t(d,n)α ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตนิวตรอน กำหนดพลังงานของนิวตรอน T n ที่ปล่อยออกมาที่มุม 90 0 ในเครื่องกำเนิดนิวตรอนโดยใช้ดิวเทอรอนที่เร่งให้เป็นพลังงาน T d = 0.2 MeV

25. ในการผลิตนิวตรอน จะใช้ปฏิกิริยา 7 Li(p,n) 7 Be พลังงานโปรตอน T p = 5 MeV การทดลองต้องใช้นิวตรอนที่มีพลังงาน T n = 1.75 MeV นิวตรอนที่มีพลังงานดังกล่าวจะถูกปล่อยออกมาที่มุม θ n เมื่อเทียบกับทิศทางของลำแสงโปรตอน การแพร่กระจายของพลังงานนิวตรอน ΔT จะเป็นอย่างไรหากแยกพลังงานเหล่านั้นออกโดยใช้เครื่องคอลลิเมเตอร์ขนาด 1 ซม. ซึ่งอยู่ห่างจากเป้าหมาย 10 ซม.

26. จงหาโมเมนต์การโคจรของทริเทียม l t ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยา 27 Al(,t) 28 Si ถ้าโมเมนต์การโคจรของอนุภาค α l α = 0

27. โมเมนตัมเชิงมุมของการโคจรสัมพัทธ์ของโปรตอนคือปฏิกิริยานิวเคลียร์ p + 7 Li → 8 Be * → α + α เป็นไปได้หรือไม่

28. โมเมนตัมการโคจร l p โปรตอนสามารถปล่อยออกมาในปฏิกิริยา 12 C(,p) 11 B ได้อย่างไร ถ้า: 1) นิวเคลียสสุดท้ายก่อตัวขึ้นในสถานะพื้น และโฟตอน E2 ถูกดูดซับ; 2) นิวเคลียสสุดท้ายเกิดขึ้นในสถานะ 1/2 + และโฟตอน M1 ถูกดูดซับ 3) นิวเคลียสสุดท้ายก่อตัวขึ้นในสถานะพื้น และโฟตอน E1 ถูกดูดซับ?

29. จากการดูดกลืนของ -ควอนตัมโดยนิวเคลียส นิวตรอนที่มีโมเมนตัมการโคจร l n = 2 จะถูกปล่อยออกมา จงหาค่ามัลติโพลอิตีของ -ควอนตัม หากนิวเคลียสสุดท้ายก่อตัวขึ้นในสถานะพื้น

30. นิวเคลียส 12 C ดูดซับ γ-ควอนตัม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โปรตอนที่มีโมเมนตัมการโคจร l = 1 ถูกปล่อยออกมา

31. จงหาโมเมนตัมการโคจรของดิวเทอรอน l d ในปฏิกิริยาปิ๊กอัพ 15 N(n,d) 14 C ถ้าโมเมนตัมการโคจรของนิวตรอน l n = 0

33. นิวเคลียส 40 Ca ดูดซับ E1 γ-ควอนตัม การเปลี่ยนผ่านของอนุภาคเดี่ยวแบบใดที่เป็นไปได้

34. นิวเคลียส 12 C ดูดซับ E1 γ-ควอนตัม การเปลี่ยนผ่านของอนุภาคเดี่ยวแบบใดที่เป็นไปได้

35. เป็นไปได้ไหมที่จะกระตุ้นสถานะที่มีลักษณะ J P = 2 + , I = 1 ในปฏิกิริยาของการกระเจิงดิวเทอรอนแบบไม่ยืดหยุ่นบนนิวเคลียส 10 V

36. คำนวณภาคตัดขวางการกระเจิงของอนุภาคด้วยพลังงาน 3 MeV ในสนามคูลอมบ์ของนิวเคลียส 238 U ในช่วงมุมตั้งแต่ 150 0 ถึง 170 0

37. แผ่นทองคำที่มีความหนา d = 0.1 มม. ได้รับการฉายรังสีด้วยลำแสงอนุภาค α ที่มีความเข้ม N 0 = 10 3 อนุภาค/วินาที พลังงานจลน์ของอนุภาค T = 5 MeV มีอนุภาค α ต่อหน่วยมุมทึบจำนวนเท่าใดที่ตกลงบนเครื่องตรวจจับซึ่งอยู่ที่มุมหนึ่ง = 170 0 ความหนาแน่นของทองคำ ρ = 19.3 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

38. ลำแสงคอลลิเมตของอนุภาค α ที่มีพลังงาน T = 10 MeV ตกลงในแนวตั้งฉากกับฟอยล์ทองแดงที่มีความหนา δ = 1 มก./ซม. 2 อนุภาคที่กระจัดกระจายที่มุม = 30 ถูกตรวจจับโดยเครื่องตรวจจับที่มีพื้นที่ S = 1 ซม. 2 ซึ่งอยู่ที่ระยะห่าง l = 20 ซม. จากเป้าหมาย เศษส่วนของจำนวนอนุภาค α ที่กระจัดกระจายทั้งหมดจะถูกบันทึกโดยเครื่องตรวจจับ

39. เมื่อศึกษาปฏิกิริยา 27 Al(p,d) 26 Al ภายใต้อิทธิพลของโปรตอนที่มีพลังงาน T p = 62 MeV ในสเปกตรัมดิวเทอรอนที่วัดที่มุม θ d = 90 โดยใช้เครื่องตรวจจับมุมตัน
dΩ = 2·10 -4 sr โดยสังเกตจุดสูงสุดที่มีพลังงาน T d = 45.3 44.32; 40.91 เมฟ. ด้วยประจุรวมของโปรตอน q = 2.19 mC ตกกระทบบนเป้าหมายที่มีความหนา δ = 5 มก./ซม.2 จำนวนนับ N ในยอดเขาเหล่านี้คือ 5180, 1100 และ 4570 ตามลำดับ กำหนดพลังงานของระดับของนิวเคลียสอัล 26 อัลซึ่งพบการกระตุ้นในปฏิกิริยานี้ คำนวณส่วนต่างส่วนต่าง dσ/dΩ ของกระบวนการเหล่านี้

40. ภาพตัดขวางอินทิกรัลสำหรับปฏิกิริยา 32 S(γ,p) 31 P โดยมีการก่อตัวของนิวเคลียส 31 P สุดท้ายในสถานะพื้นด้วยพลังงานของเหตุการณ์ γ ควอนตัม เท่ากับ 18 MeV คือ 4 mb ประมาณค่าของภาคตัดขวางอินทิกรัลของปฏิกิริยาย้อนกลับ 31 P(p,γ) 32 S ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานกระตุ้นเดียวกันของนิวเคลียส 32 S เช่นเดียวกับในปฏิกิริยา 32 S(γ,p) 31 P โดยคำนึงถึง การกระตุ้นนี้จะถูกลบออกเนื่องจากการเปลี่ยน γ เป็นสถานะพื้น

41. คำนวณความเข้มของลำแสงนิวตรอน J โดยที่แผ่นความหนา 55 Mn d = 0.1 ซม. ได้รับการฉายรังสีสำหรับ t act = 15 นาที ถ้า t เย็น = 150 นาทีหลังจากการสิ้นสุดของการฉายรังสี กิจกรรมของมันจะเท่ากับ 2100 Bq ครึ่งชีวิตของ 56 Mn คือ 2.58 ชั่วโมง ส่วนตัดขวางการกระตุ้นคือ σ = 0.48 b ความหนาแน่นของสารแผ่นคือ ρ = 7.42 g/cm3

42. ภาพตัดขวางของปฏิกิริยาดิฟเฟอเรนเชียล dσ/dΩ ที่มุม 90 0 คือ 10 mb/sr คำนวณค่าของภาคตัดขวางอินทิกรัล ถ้าการพึ่งพาเชิงมุมของภาคตัดขวางส่วนต่างมีรูปแบบ 1+2sinθ

43. การกระเจิงของนิวตรอนที่ช้า (Tn 1 keV) บนนิวเคลียสเป็นแบบไอโซโทรปิก ข้อเท็จจริงนี้สามารถอธิบายได้อย่างไร?

44. หาพลังงานกระตุ้นของนิวเคลียสของสารประกอบที่เกิดขึ้นเมื่ออนุภาค α ที่มีพลังงาน T = 7 MeV ถูกจับโดยนิวเคลียส 10 V ที่อยู่กับที่

45. ในหน้าตัดของปฏิกิริยา 27 Al (α,р) 30 Si จะสังเกตค่าสูงสุดที่พลังงานα-อนุภาค T 3.95; 4.84 และ 6.57 MeV. หาพลังงานกระตุ้นของนิวเคลียสของสารประกอบซึ่งสอดคล้องกับค่าสูงสุดในหน้าตัด

46. โมเมนตัมการโคจรใดที่โปรตอนที่มี Тр = 2 MeV สามารถกระจัดกระจายบนนิวเคลียส 112 Sn ได้

47. ประมาณค่าภาคตัดขวางสำหรับการก่อตัวของนิวเคลียสสารประกอบระหว่างอันตรกิริยาของนิวตรอนกับพลังงานจลน์ T n = 1 eV กับนิวเคลียสของทองคำ 197 Au

48. ประมาณค่าภาคตัดขวางสำหรับการก่อตัวของนิวเคลียสสารประกอบระหว่างอันตรกิริยาของนิวตรอนกับพลังงานจลน์ T n = 30 MeV กับนิวเคลียสของทองคำ 197 Au

ส่วน: ฟิสิกส์

ระดับ: 11

วัตถุประสงค์ของบทเรียน: เพื่อทำความคุ้นเคยกับนักเรียนเกี่ยวกับปฏิกิริยานิวเคลียร์กับกระบวนการเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียสของอะตอม การเปลี่ยนนิวเคลียสบางส่วนไปเป็นนิวเคลียสอื่นภายใต้อิทธิพลของอนุภาคขนาดเล็ก เน้นย้ำว่าสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ปฏิกิริยาเคมีในการเชื่อมต่อและแยกอะตอมของธาตุออกจากกัน โดยส่งผลกระทบต่อเปลือกอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่เป็นการปรับโครงสร้างของนิวเคลียสให้เป็นระบบของนิวคลีออน การเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีบางชนิดไปเป็นอย่างอื่น

บทเรียนประกอบด้วยการนำเสนอสไลด์ 21 สไลด์ (ภาคผนวก)

ในระหว่างเรียน

การทำซ้ำ

1. องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมคืออะไร?

นิวเคลียส (อะตอม)- นี่คือส่วนกลางของอะตอมที่มีประจุบวกซึ่งมีความเข้มข้น 99.96% ของมวลของมัน รัศมีของนิวเคลียสอยู่ที่ประมาณ 10–15 ม. ซึ่งน้อยกว่ารัศมีของอะตอมทั้งหมดประมาณหนึ่งแสนเท่า โดยพิจารณาจากขนาดของเปลือกอิเล็กตรอน

นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน จำนวนทั้งหมดในนิวเคลียสแสดงด้วยตัวอักษร กและเรียกว่าเลขมวล จำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ซีกำหนดประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสและเกิดขึ้นพร้อมกับเลขอะตอมของธาตุในตารางธาตุของธาตุ D.I. เมนเดเลเยฟ. จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสสามารถกำหนดได้ว่าเป็นผลต่างระหว่างจำนวนมวลของนิวเคลียสกับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เลขมวลคือจำนวนนิวคลีออนในนิวเคลียส

2. จะอธิบายความเสถียรของนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างไร?

กองกำลังนิวเคลียร์เป็นตัววัดปฏิสัมพันธ์ของนิวคลีออนในนิวเคลียสของอะตอม กองกำลังเหล่านี้เองที่เก็บโปรตอนที่มีประจุคล้ายกันไว้ในนิวเคลียส เพื่อป้องกันไม่ให้โปรตอนกระเจิงภายใต้อิทธิพลของแรงผลักไฟฟ้า

3. ตั้งชื่อคุณสมบัติของแรงนิวเคลียร์

พลังนิวเคลียร์มีคุณสมบัติเฉพาะหลายประการ:

4. พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสคืออะไร?

พลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสของอะตอมคือพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการแบ่งนิวเคลียสออกเป็นนิวเคลียสแต่ละตัวโดยสมบูรณ์ ความแตกต่างระหว่างผลรวมของมวลของนิวคลีออน (โปรตอนและนิวตรอน) กับมวลของนิวเคลียสที่ประกอบด้วยพวกมันคูณด้วยกำลังสองของความเร็วแสงในสุญญากาศ คือพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวคลีออนในนิวเคลียส พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนเรียกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะ

5. เหตุใดมวลของนิวเคลียสจึงไม่เท่ากับผลรวมของมวลของโปรตอนและนิวตรอนที่รวมอยู่ในนั้น

เมื่อนิวเคลียสถูกสร้างขึ้นจากนิวคลีออน พลังงานของนิวเคลียสจะลดลง ซึ่งมาพร้อมกับมวลที่ลดลง กล่าวคือ มวลของนิวเคลียสจะต้องน้อยกว่าผลรวมของมวลของนิวคลีออนแต่ละตัวที่ก่อตัวเป็นนิวเคลียสนี้

6. กัมมันตภาพรังสีคืออะไร?

การเรียนรู้เนื้อหาใหม่

ปฏิกิริยานิวเคลียร์เป็นกระบวนการอันตรกิริยาของนิวเคลียสของอะตอมกับนิวเคลียสหรืออนุภาคมูลฐานอื่น ร่วมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและโครงสร้างของ A (a, b) B หรือ A + a → B + b

ความเหมือนและความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์กับการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีคืออะไร?

คุณสมบัติทั่วไปปฏิกิริยานิวเคลียร์และการสลายกัมมันตภาพรังสี คือการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียสของอะตอมหนึ่งไปสู่อีกนิวเคลียสของอะตอม.

แต่ การสลายตัวของสารกัมมันตรังสีกำลังเกิดขึ้น ตามธรรมชาติโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอกและ ปฏิกิริยานิวเคลียร์เรียกว่า อิทธิพลอนุภาคกระหน่ำโจมตี

ประเภทของปฏิกิริยานิวเคลียร์:

ผ่านขั้นตอนการก่อตัวของนิวเคลียสของสารประกอบ
ปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยตรง (พลังงานมากกว่า 10 MeV)
ภายใต้อิทธิพลของอนุภาคต่าง ๆ : โปรตอน, นิวตรอน, ... ;
การสังเคราะห์นิวเคลียร์
นิวเคลียร์;
ด้วยการดูดซับพลังงานและการปล่อยพลังงาน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ครั้งแรกดำเนินการโดย E. Rutherford ในปี 1919 ในการทดลองเพื่อตรวจจับโปรตอนในผลิตภัณฑ์การสลายตัวของนิวเคลียร์ รัทเทอร์ฟอร์ดระดมโจมตีอะตอมไนโตรเจนด้วยอนุภาคอัลฟ่า เมื่ออนุภาคชนกันจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ขึ้นโดยดำเนินการตามรูปแบบต่อไปนี้:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

สภาวะของปฏิกิริยานิวเคลียร์

ในการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใต้อิทธิพลของอนุภาคที่มีประจุบวก อนุภาคนั้นจำเป็นต้องมีพลังงานจลน์เพียงพอที่จะเอาชนะการกระทำของแรงผลักคูลอมบ์ได้ อนุภาคที่ไม่มีประจุ เช่น นิวตรอน สามารถทะลุนิวเคลียสของอะตอมได้ด้วยพลังงานจลน์ต่ำตามอำเภอใจ ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้เมื่ออะตอมถูกโจมตีด้วยอนุภาคที่มีประจุเร็ว (โปรตอน นิวตรอน อนุภาคα ไอออน)

ปฏิกิริยาแรกของการระดมยิงอะตอมด้วยอนุภาคที่มีประจุเร็วเกิดขึ้นโดยใช้โปรตอนพลังงานสูงที่ผลิตขึ้นที่เครื่องเร่งความเร็วในปี พ.ศ. 2475:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับการใช้งานจริงคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาระหว่างนิวเคลียสกับนิวตรอน เนื่องจากนิวตรอนไม่มีประจุ จึงสามารถทะลุนิวเคลียสของอะตอมและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงได้อย่างง่ายดาย นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีผู้โดดเด่น E. Fermi เป็นคนแรกที่ศึกษาปฏิกิริยาที่เกิดจากนิวตรอน เขาค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงของนิวเคลียร์ไม่เพียงเกิดขึ้นจากความเร็วเท่านั้น แต่ยังเกิดจากนิวตรอนที่ช้าซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วความร้อนด้วย

เพื่อทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ภายใต้อิทธิพล มีประจุบวกอนุภาคมีความจำเป็น อนุภาคมีพลังงานจลน์เพียงพอสำหรับ เอาชนะการกระทำของพลังขับไล่คูลอมบ์- อนุภาคที่ไม่มีประจุ เช่น นิวตรอน สามารถทะลุนิวเคลียสของอะตอมได้ด้วยพลังงานจลน์ต่ำตามอำเภอใจ

เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ(ข้อความของนักเรียน)

เพื่อเจาะลึกความลับของพิภพเล็ก ๆ มนุษย์ได้คิดค้นกล้องจุลทรรศน์ เมื่อเวลาผ่านไป เห็นได้ชัดว่าความสามารถของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงนั้นมีจำกัดมาก - พวกมันไม่อนุญาตให้ใคร "มอง" เข้าไปในส่วนลึกของอะตอม เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ไม่ใช่ลำแสง แต่ลำแสงของอนุภาคที่มีประจุกลับกลายเป็นว่าเหมาะสมกว่า ดังนั้นในการทดลองที่มีชื่อเสียงของ E. Rutherford จึงมีการใช้การไหลของอนุภาคαที่ปล่อยออกมาจากยากัมมันตภาพรังสี อย่างไรก็ตาม แหล่งกำเนิดตามธรรมชาติของอนุภาค (สารกัมมันตภาพรังสี) จะสร้างลำแสงที่มีความเข้มต่ำมาก พลังงานของอนุภาคค่อนข้างต่ำ และยิ่งไปกว่านั้น แหล่งกำเนิดเหล่านี้ไม่สามารถควบคุมได้ ดังนั้นปัญหาจึงเกิดขึ้นจากการสร้างแหล่งกำเนิดอนุภาคที่มีประจุเร่งขึ้นเทียม โดยเฉพาะกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนซึ่งใช้ลำอิเล็กตรอนที่มีพลังงานประมาณ 10 5 eV

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ 20 เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุเครื่องแรกปรากฏขึ้น ในการติดตั้งเหล่านี้ อนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนหรือโปรตอน) ซึ่งเคลื่อนที่ในสุญญากาศภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก จะได้รับพลังงานจำนวนมาก (เร่งความเร็ว) ยิ่งพลังงานของอนุภาคสูง ความยาวคลื่นก็จะสั้นลง ดังนั้นอนุภาคดังกล่าวจึงเหมาะสำหรับการ "ตรวจวัด" วัตถุขนาดเล็กมากขึ้น ในขณะเดียวกัน เมื่อพลังงานของอนุภาคเพิ่มขึ้น จำนวนการสับเปลี่ยนกันของอนุภาคที่เกิดจากอนุภาคก็จะขยายออก ซึ่งนำไปสู่การกำเนิดของอนุภาคมูลฐานใหม่ ควรระลึกไว้ว่าการแทรกซึมเข้าไปในโลกของอะตอมและอนุภาคมูลฐานนั้นไม่ถูก ยิ่งพลังงานสุดท้ายของอนุภาคเร่งสูงเท่าไร ตัวเร่งก็จะซับซ้อนและใหญ่มากขึ้นเท่านั้น ขนาดของมันสามารถเข้าถึงได้หลายกิโลเมตร เครื่องเร่งที่มีอยู่ทำให้สามารถผลิตลำอนุภาคที่มีประจุด้วยพลังงานตั้งแต่หลาย MeV จนถึงหลายร้อย GeV ความเข้มของลำแสงอนุภาคสูงถึง 10 15 – 10 16 อนุภาคต่อวินาที ในกรณีนี้ลำแสงสามารถโฟกัสไปที่เป้าหมายที่มีพื้นที่เพียงไม่กี่ตารางมิลลิเมตรได้ โปรตอนและอิเล็กตรอนมักถูกใช้เป็นอนุภาคเร่ง

เครื่องเร่งความเร็วที่ทรงพลังและมีราคาแพงที่สุดถูกสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ - เพื่อรับและศึกษาอนุภาคใหม่เพื่อศึกษาการสับเปลี่ยนของอนุภาค ตัวเร่งพลังงานที่ค่อนข้างต่ำมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์และเทคโนโลยี - สำหรับการรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็ง สำหรับการผลิตไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุโพลีเมอร์ และเพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ อีกมากมาย

ตัวเร่งความเร็วประเภทต่างๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบันสามารถแบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม ได้แก่ ตัวเร่งความเร็วตรง ตัวเร่งความเร็วเชิงเส้น ตัวเร่งความเร็วแบบไซคลิก ตัวเร่งลำแสงชนกัน

คันเร่งอยู่ที่ไหน? ใน ดุบนา(สถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์) ภายใต้การนำของ V.I. Veksler ซินโครฟาโซตรอนถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2500 ใน เซอร์ปูคอฟ– ซินโครฟาโซตรอนความยาวของห้องสุญญากาศวงแหวนซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็กคือ 1.5 กม. พลังงานโปรตอน 76 GeV ใน โนโวซีบีสค์(สถาบันฟิสิกส์นิวเคลียร์) ภายใต้การนำของ G.I. Budker เครื่องเร่งความเร็วที่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอนและอิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่ชนกัน (ลำแสง 700 MeV และ 7 GeV) ได้ถูกนำมาใช้งาน ใน ยุโรป (เซิร์น สวิตเซอร์แลนด์ – ฝรั่งเศส) เครื่องเร่งความเร็วทำงานโดยมีลำแสงโปรตอนชนกันที่ 30 GeV และกับลำแสงโปรตอน-แอนติโปรตอน 270 GeV ปัจจุบัน ในระหว่างการก่อสร้างเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ (LHC) ที่ชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส ขั้นตอนสำคัญของงานก่อสร้างได้เสร็จสิ้นแล้ว นั่นคือการติดตั้งแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดของเครื่องเร่งอนุภาค

เครื่องชนกันกำลังถูกสร้างขึ้นในอุโมงค์ที่มีเส้นรอบวง 26,650 เมตร และลึกประมาณหนึ่งร้อยเมตร การทดสอบการชนกันครั้งแรกในตัวชนกันนั้นมีการวางแผนที่จะดำเนินการในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2550 แต่การพังทลายของแม่เหล็กตัวใดตัวหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการทดสอบจะทำให้กำหนดการในการทดสอบการติดตั้งล่าช้า เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ได้รับการออกแบบเพื่อค้นหาและศึกษาอนุภาคมูลฐาน เมื่อเปิดตัวแล้ว LHC จะเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดในโลก โดยเหนือกว่าคู่แข่งที่ใกล้เคียงที่สุดเกือบตามลำดับขนาด การก่อสร้างศูนย์วิทยาศาสตร์ของ Large Hadron Collider ดำเนินมานานกว่า 15 ปีแล้ว ผู้คนมากกว่า 10,000 คนจากศูนย์วิทยาศาสตร์ 500 แห่งทั่วโลกมีส่วนร่วมในงานนี้

ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน พลังงานที่ส่งออกปฏิกิริยานิวเคลียร์เรียกว่าปริมาณ:
ถาม = (มเอ+ มบี – มค - มง) ค 2 = Δ แมค 2 ที่ไหน มเอและ ม B – มวลของผลิตภัณฑ์เริ่มต้น มซีและ ม D – มวลของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาสุดท้าย ค่า ∆ มเรียกว่า ข้อบกพร่องมวล- ปฏิกิริยานิวเคลียร์สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีการปล่อย ( ถาม> 0) หรือมีการดูดซับพลังงาน ( ถาม < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |ถาม| ซึ่งเรียกว่า เกณฑ์ปฏิกิริยา.

เพื่อให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์มีพลังงานเป็นบวก พลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะนิวคลีออนในนิวเคลียสของผลิตภัณฑ์ตั้งต้นจะต้องน้อยกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะของนิวคลีออนในนิวเคลียสของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งหมายความว่าค่าΔ มจะต้องเป็นบวก

กลไกของปฏิกิริยานิวเคลียร์

ปฏิกิริยานิวเคลียร์สองขั้นตอน:

การดูดซับอนุภาคโดยนิวเคลียสและการก่อตัวของนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้น พลังงานถูกกระจายไปในนิวเคลียสทั้งหมดของนิวเคลียส โดยแต่ละนิวเคลียสมีพลังงานน้อยกว่าพลังงานยึดเหนี่ยวจำเพาะ และไม่สามารถทะลุผ่านนิวเคลียสได้ นิวคลีออนแลกเปลี่ยนพลังงานซึ่งกันและกัน และหนึ่งในนั้นหรือกลุ่มของนิวคลีออนสามารถรวมพลังงานได้เพียงพอที่จะเอาชนะพลังของการจับตัวของนิวเคลียสและถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียส
การปล่อยอนุภาคโดยนิวเคลียสเกิดขึ้นคล้ายกับการระเหยของโมเลกุลจากพื้นผิวของหยดของเหลว ช่วงเวลาจากช่วงเวลาที่การดูดซึมของอนุภาคปฐมภูมิโดยนิวเคลียสจนถึงช่วงเวลาที่การปล่อยอนุภาคทุติยภูมิคือประมาณ 10 -12 วินาที

กฎหมายการอนุรักษ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์

ในระหว่างที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์หลายครั้ง กฎหมายการอนุรักษ์: แรงกระตุ้น พลังงาน โมเมนตัมเชิงมุม ประจุ นอกเหนือจากกฎคลาสสิกเหล่านี้แล้ว ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ยังมีกฎการอนุรักษ์สิ่งที่เรียกว่า ค่าธรรมเนียมแบริออน(เช่นจำนวนนิวคลีออน - โปรตอนและนิวตรอน) กฎหมายการอนุรักษ์อื่นๆ อีกหลายฉบับที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์นิวเคลียร์และอนุภาคยังมีอยู่

ปฏิกิริยานิวเคลียร์คืออะไร?
ปฏิกิริยานิวเคลียร์และปฏิกิริยาเคมีแตกต่างกันอย่างไร?
เหตุใดนิวเคลียสของฮีเลียมที่เกิดขึ้นจึงบินออกจากกันในทิศทางตรงกันข้าม?
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
ปฏิกิริยาการปล่อยอนุภาค α เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์หรือไม่?
ทำปฏิกิริยานิวเคลียร์ให้สมบูรณ์:
- 9 4 บี + 1 1 H → 10 5 B + ?
- 14 7 ไม่มี + ? → 14 6 C + 1 1 หน้า
- 14 7 N + 4 2 เขา → ? + 1 1 ช
- 27 13 อัล + 4 2 เฮ → 30 15 P + ? (พ.ศ. 2477 ไอรีน กูรี และเฟรเดอริก โจเลียต-กูรี ได้รับไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของฟอสฟอรัส)
- - + 4 2 เขา → 30 14 ซี + 1 1 หน้า
กำหนดพลังงานที่ส่งออกจากปฏิกิริยานิวเคลียร์
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
มวลของอะตอมไนโตรเจนคือ 14.003074 อามู อะตอมออกซิเจนคือ 16.999133 อามู อะตอมฮีเลียมคือ 4.002603 อามู อะตอมไฮโดรเจนคือ 1.007825 อามู