Aşağıdaki nükleer reaksiyon meydana geldi 27 18. Nükleer reaksiyonlar (görevler). Nükleer bağlanma enerjisi nedir

Teori: Nükleer reaksiyonlar kütle ve yükün korunumu kanunlarına uyar.
Reaksiyondan önceki toplam kütle, reaksiyondan sonraki toplam kütleye eşittir; reaksiyondan önceki toplam yük, reaksiyondan sonraki toplam yüke eşittir.
Örneğin:
İzotoplar, belirli bir kimyasal elementin atom çekirdeklerinin kütlesi bakımından farklılık gösteren çeşitleridir. onlar. Kütle sayıları farklıdır ancak yük sayıları aynıdır.

Şekil uranyum-238'in kurşun-206'ya dönüşüm zincirini göstermektedir. Şekildeki verileri kullanarak önerilen ifadeler listesinden iki doğru olanı seçin. Numaralarını belirtin.

1) Uranyum-238'in kararlı kurşun-206'ya dönüşüm zincirinde altı helyum çekirdeği salınır.
2) Polonyum-214, sunulan radyoaktif dönüşüm zincirinde en kısa yarı ömre sahiptir.
3) Atom kütlesi 206 olan kurşun, kendiliğinden alfa bozunmasına uğrar.
4) Uranyum-234, uranyum-238'den farklı olarak kararlı bir elementtir.
5) Bizmut-210'un polonyum-210'a kendiliğinden dönüşümüne bir elektron emisyonu eşlik eder.
Çözüm: 1) Uranyum-238'in kararlı kurşun-206'ya dönüşüm zincirinde altı değil sekiz helyum çekirdeği salınır.
2) Polonyum-214, sunulan radyoaktif dönüşüm zincirinde en kısa yarı ömre sahiptir. Diyagram polonyum-214 için zamanın en kısa olduğunu gösteriyor
3) Atom kütlesi 206 olan kurşun kendiliğinden alfa bozunmasına uğramaz, stabildir.
4) Uranyum-234, uranyum-238'in aksine kararlı bir element değildir.
5) Bizmut-210'un polonyum-210'a kendiliğinden dönüşümüne bir elektron emisyonu eşlik eder. Çünkü bir beta parçacığı serbest bırakıldı.
Cevap: 25
Fizikte OGE ödevi (fipi): Reaksiyon sonucunda hangi X parçacığı açığa çıktı?

Çözüm: reaksiyondan önceki kütle 14 + 4 = 18 amu, yük 7e + 2e = 9e, kütle ve yükün korunumu yasasının karşılanması için X parçacığının 18 - 17 = 1 amu olması gerekir. ve 9e - 8e = 1e, dolayısıyla X parçacığı bir protondur.
Cevap: 4
Fizikte OGE ödevi (fipi): Toryum çekirdeği radyum çekirdeğine dönüştü. Toryum çekirdeğinden hangi parçacık yayıldı?

3) alfa parçacığı
4) β parçacığı
Çözüm: Kütle 4, yük ise 2 değişti, dolayısıyla toryum çekirdeği bir alfa parçacığı yaydı.
Cevap: 3
Fizikte OGE ödevi (fipi):

1) alfa parçacığı
2) elektron

Çözüm: Kütle ve yükün korunumu yasasını kullanarak elementin kütlesinin 4, yükünün 2 olduğunu, dolayısıyla bir alfa parçacığı olduğunu görüyoruz.
Cevap: 1
Fizikte OGE ödevi (fipi):

1) alfa parçacığı
2) elektron

Çözüm: Kütle ve yükün korunumu yasasını kullanarak elementin kütlesinin 1, yükünün 0 olduğunu, dolayısıyla nötron olduğunu görüyoruz.
Cevap: 4
Fizikte OGE ödevi (fipi):

3) elektron
4) alfa parçacığı
Çözüm: Bir gama parçacığının ne kütlesi ne de yükü vardır, bu nedenle bilinmeyen parçacığın kütlesi ve yükü 1'e eşittir, bilinmeyen parçacık bir protondur.
Cevap: 1
Bir nötron bir çekirdek tarafından yakalandığında radyoaktif bir izotop oluşur. Bu nükleer dönüşüm sırasında,

4) elektron
Çözüm: Yakalama reaksiyonunu yazalım
+ -> + ? .
Kütle ve yükün korunumu yasasını kullanarak bilinmeyen elementin kütlesinin 4, yükünün ise 2 olduğunu, dolayısıyla bir alfa parçacığı olduğunu görüyoruz.

1. 8Be izotopunun oluşabileceği birkaç nükleer reaksiyonu listeleyin.

2. 16 O(n,α) 13 C reaksiyonunun mümkün olabilmesi için bir nötronun laboratuvar sistemi Tmin'de hangi minimum kinetik enerjiye sahip olması gerekir?

3. 6 Li(d,α) 4 He reaksiyonu endotermik mi yoksa ekzotermik mi? MeV cinsinden çekirdeklerin spesifik bağlanma enerjileri verilmiştir: ε(d) = 1,11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33.

4. 12 C foto-bölünme reaksiyonları için T gözenek eşiklerini belirleyin.

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

5. Reaksiyon eşiklerini belirleyin: 7 Li(p,α) 4 He ve 7 Li(p,γ) 8 Be.

6. p + d → p + p + n reaksiyonunun mümkün olabilmesi için bir protonun hangi minimum enerjiye sahip olması gerektiğini belirleyin. Fazla kütleler verilir. Δ(1H) = 7,289 MeV, Δ(2H) = 13,136 MeV,
Δ(n) = 8,071 MeV.

7. Tepkiler mümkün mü:

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

kinetik enerjisi T = 10 MeV olan α parçacıklarının etkisi altında mı?

8. Aşağıdaki durumlarda parçacık X'i tanımlayın ve reaksiyon enerjilerini Q hesaplayın:

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. 10 B çekirdeğindeki esnek olmayan saçılmanın bir sonucu olarak Eexc = 1,75 MeV enerjili bir durumu uyarmak için bir döteronun hangi minimum Tmin enerjisine sahip olması gerekir?

10. Reaksiyon eşiğini hesaplayın: 14 N + α→ 17 O + p, iki durumda, eğer gelen parçacık şu şekildeyse:
1) α parçacığı,
2) 14 N çekirdek Reaksiyon enerjisi Q = 1,18 MeV. Sonucu açıklayın.

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

12. Aşağıdakilerin etkisi altındaki reaksiyonlar sonucunda hangi çekirdekler oluşabilir: 1) 7 Li'lik bir hedef üzerinde 10 MeV enerjili protonlar; 2) Hidrojen hedefinde 10 MeV enerjiye sahip 7 Li çekirdeği mi?

13. 7 LI çekirdeği yavaş bir nötron yakalar ve bir γ-kuantumu yayar. Bir γ-kuantumun enerjisi nedir?

14. Bir laboratuvar sisteminde, 12 C(n,α) 9 Be reaksiyonunda nötron enerjisinin eşik değerinde oluşan 9 Be çekirdeğinin kinetik enerjisini belirleyin.

15. Doğal bir bor hedefi ışınlandığında, yarı ömrü 20,4 dakika ve 0,024 saniye olan radyoaktif izotopların ortaya çıkışı gözlemlendi. Hangi izotoplar oluştu? Bu izotopların oluşumuna hangi reaksiyonlar yol açtı?

16. Doğal bir bor hedefi protonlarla bombalanır. Işınlamanın sona ermesinden sonra parçacık detektörü 100 Bq'luk bir aktivite kaydetti. 40 dakika sonra numunenin aktivitesi ~25 Bq'ye düştü. Etkinliğin kaynağı nedir? Hangi nükleer reaksiyon gerçekleşiyor?

17. Kinetik enerjisi T = 10 MeV olan bir α parçacığı, 12 C'lik bir çekirdekle elastik bir kafa kafaya çarpışmaya maruz kalır. Kinetik enerjiyi hp cinsinden belirleyin. Çarpışmadan sonra 12 C T C çekirdeği.

18. Reaksiyonda oluşan 7 Be çekirdeğinin maksimum ve minimum enerjilerini belirleyin
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV), T p = 5 MeV enerjili hızlandırılmış protonların etkisi altında.

19. - E exc = 4.44 MeV enerjili 12C çekirdeğinin durumunun uyarılmasıyla elastik olmayan saçılma reaksiyonunun bir sonucu olarak θ elastik olmayan = 30 0 açısında yayılan parçacıklar, aynı şekilde elastik olarak saçılanlarla hp cinsinden aynı enerjiye sahiptir. çekirdek α- θ kontrol = 45 0 açısındaki parçacıklar. Hedefe gelen α parçacıklarının enerjisini belirleyin.

20. Enerjisi T = 5 MeV olan α-parçacıkları, sabit 7 Li çekirdeği ile etkileşime girer. 7 Li(α,n) 10 B nötron p α ve 10 B p Be çekirdeğinin reaksiyonu sonucunda üretilen S.C.I.'deki darbelerin büyüklüğünü belirleyin.

21. 32 S(a,p) 35 Cl reaksiyonu kullanılarak 35 Cl'nin (1.219; 1.763; 2.646; 2.694; 3.003; 3.163 MeV) düşük düzeydeki uyarılmış durumları incelenmiştir. Bu durumlardan hangisi 5,0 MeV enerjiye sahip bir α-parçacığı ışınıyla uyarılacaktır? Bu reaksiyonda 0 0 ve 90 0 açılarında E = 5,0 MeV'de gözlemlenen protonların enerjilerini belirleyin.

22. İmpuls diyagramını kullanarak açılar arasındaki ilişkiyi hp cinsinden elde edin. ve s.c.i.

23. Kinetik enerjisi Ta = 5 MeV olan bir proton, 1H çekirdeğe çarpıyor ve üzerine elastik olarak saçılıyor. Proton saçılma açısı θ b = 30 0 ise, geri tepme çekirdeği 1 N'nin T B enerjisini ve saçılma açısını θ B belirleyin.

24. Nötron üretmek için t(d,n)a reaksiyonu yaygın olarak kullanılır. Bir nötron üretecinde 90 0 açıyla yayılan Tn nötronlarının enerjisini, T d = 0,2 MeV enerjisine hızlandırılmış döteronları kullanarak belirleyin.

25. Nötron üretmek için 7 Li(p,n) 7 Be reaksiyonu kullanılır. Proton enerjisi T p = 5 MeV. Deney, T n = 1,75 MeV enerjili nötronlara ihtiyaç duyuyor. Böyle bir enerjiye sahip nötronlar proton ışınının yönüne göre hangi θn açısında yayılacaktır? Hedeften 10 cm uzaklıkta bulunan 1 cm'lik bir kolimatör kullanılarak izole edilirlerse nötron enerjilerinin ΔT yayılması ne olacaktır.

26. Gelen α parçacığının yörünge momenti l α = 0 ise, 27 Al(,t) 28 Si reaksiyonunda oluşan trityum l t'nin yörünge momentini belirleyin.

27. Bir protonun hangi bağıl yörüngesel açısal momentumunda p + 7 Li → 8 Be * → α + α nükleer reaksiyonu mümkündür?

28. 12 C(,p) 11 B reaksiyonunda hangi yörünge momenti l p ile protonlar yayılabilir, eğer: 1) son çekirdek temel durumda oluşursa ve bir E2 fotonu emilirse; 2) son çekirdek 1/2 + durumunda oluşturulur ve M1 fotonu emilir; 3) son çekirdek temel durumda oluşuyor ve E1 fotonu emiliyor mu?

29. Bir -kuantumun çekirdek tarafından soğurulması sonucunda, yörüngesel momentumu ln = 2 olan bir nötron yayılır. Eğer son çekirdek temel durumda oluşuyorsa -kuantumun çok kutupluluğunu belirleyin.

30. 12C çekirdeği bir γ-kuantumunu emer ve bunun sonucunda yörüngesel momentumu l = 1 olan bir proton yayılır. Eğer son çekirdek temel durumda oluşmuşsa, emilen γ-kuantumunun çok kutupluluğunu belirleyin.

31. Nötronun yörünge momentumu l n = 0 ise, 15 N(n,d) 14 C başlatma reaksiyonunda döteronun yörünge momentumunu belirleyin.

33. 40Ca çekirdeği E1 γ-kuantumunu emer. Hangi tek parçacık geçişleri mümkündür?

34. 12C çekirdeği E1 γ-kuantumunu emer. Hangi tek parçacık geçişleri mümkündür?

35. 10 V'luk bir çekirdek üzerinde döteronların elastik olmayan saçılımının reaksiyonunda J P = 2 +, I = 1 özelliklerine sahip bir durumu uyarmak mümkün müdür?

36. 238 U çekirdeğinin Coulomb alanında, 150 0 ila 170 0 açı aralığında, 3 MeV enerjili bir parçacığın saçılma kesitini hesaplayın.

37. Kalınlığı d = 0,1 mm olan bir altın plaka, N 0 = 103 parçacık/s yoğunluğundaki bir a-parçacıkları ışınıyla ışınlanır. -partiküllerin kinetik enerjisi T = 5 MeV. = 170 0 açıyla yerleştirilmiş bir dedektöre saniyede kaç tane α-parçacığı birim katı açı başına düşer? Altının yoğunluğu ρ = 19,3 g/cm3.

38. Enerjisi T = 10 MeV olan paralelleştirilmiş bir α parçacıkları demeti, δ = 1 mg/cm2 kalınlığındaki bakır folyo üzerine dik olarak düşüyor. = 30 açıyla saçılan parçacıklar, hedeften l = 20 cm uzaklıkta bulunan S = 1 cm2 alana sahip bir detektör tarafından tespit edilir. Dağınık α parçacıklarının toplam sayısının ne kadarı dedektör tarafından kaydedilecektir?

39. Döteron spektrumunda T p = 62 MeV enerjili protonların etkisi altında 27 Al(p,d) 26 Al reaksiyonunu incelerken, katı açı detektörü kullanılarak θ d = 90 açısında ölçülen
dΩ = 2·10-4 sr, Td = 45,3 enerjili zirveler gözlendi; 44.32; 40,91 MeV. δ = 5 mg/cm2 kalınlığındaki bir hedefe gelen toplam proton yükü q = 2,19 mC olduğunda, bu zirvelerdeki N sayımlarının sayısı sırasıyla 5180, 1100 ve 4570 idi. Bu reaksiyonda uyarılması gözlenen 26 Al çekirdeğinin seviyelerinin enerjilerini belirleyin. Bu süreçlerin dσ/dΩ diferansiyel kesitlerini hesaplayın.

40. 18 MeV'ye eşit gelen γ kuantum enerjisinde temel durumdaki son 31 P çekirdeğinin oluşumu ile 32 S(γ,p)31 P reaksiyonunun integral kesiti 4 mb'dir. 32 S çekirdeğinin 32 S(γ,p) 31 P reaksiyonundaki ile aynı uyarılma enerjisine karşılık gelen ters reaksiyon 31 P(p,γ) 32 S'nin integral kesit değerini tahmin edin. Dikkate alın γ'nun temel duruma geçişi nedeniyle bu uyarımın ortadan kaldırıldığı.

41. d = 0,1 cm kalınlığındaki 55 Mn'lik bir plakanın tact = 15 dakika boyunca ışınlandığı nötron ışınının J yoğunluğunu hesaplayın, eğer ışınlamanın bitiminden t soğuma = 150 dakika sonra, aktivitesi I 2100 Bq idi. 56 Mn'nin yarı ömrü 2,58 saat, aktivasyon kesiti σ = 0,48 b, plaka maddesinin yoğunluğu ρ = 7,42 g/cm3'tür.

42. 90° açıda diferansiyel reaksiyon kesiti dσ/dΩ 10 mb/sr'dir. Diferansiyel kesitin açısal bağımlılığı 1+2sinθ biçimindeyse, integral kesitin değerini hesaplayın.

43. Yavaş (T n 1 keV) nötronların çekirdek üzerindeki saçılması izotropiktir. Bu gerçek nasıl açıklanabilir?

44. Enerjisi T = 7 MeV olan bir a parçacığı, 10 V'luk sabit bir çekirdek tarafından yakalandığında oluşan bileşik çekirdeğin uyarılma enerjisini belirleyin.

45. 27 Al (α,р) 30 Si reaksiyonunun kesitinde maksimumlar, a-parçacık enerjileri T 3.95'te gözlenir; 4,84 ve 6,57 MeV. Bileşik çekirdeğin kesitteki maksimuma karşılık gelen uyarılma enerjilerini belirleyin.

46. Тр = 2 MeV'ye sahip protonlar hangi yörüngesel momentumla 112 Sn çekirdeğine saçılabilir?

47. Nötronların kinetik enerjisi T n = 1 eV ile altın çekirdekleri 197 Au ile etkileşimi sırasında bileşik bir çekirdeğin oluşumu için kesiti tahmin edin.

48. T n = 30 MeV kinetik enerjili nötronların 197 Au altın çekirdeği ile etkileşimi sırasında bileşik çekirdeğin oluşumu için kesiti tahmin edin.

Bölümler: Fizik

Sınıf: 11

Dersin Hedefleri: Öğrencileri nükleer reaksiyonlara, atom çekirdeğindeki değişim süreçlerine, mikropartiküllerin etkisi altında bazı çekirdeklerin diğerlerine dönüşümüne alıştırmak. Bunların hiçbir şekilde elementlerin atomlarını birbirine bağlama ve ayırma kimyasal reaksiyonları olmadığını, yalnızca elektronik kabukları etkilediğini, çekirdeklerin nükleon sistemleri olarak yeniden yapılandırılması, bazı kimyasal elementlerin diğerlerine dönüşümü olduğunu vurgulayın.

Derse 21 slayttan oluşan bir sunum eşlik etmektedir (Ek).

Dersler sırasında

Tekrarlama

1. Atom çekirdeğinin bileşimi nedir?

ÇEKİRDEK (atomik)- bu, kütlesinin% 99,96'sının yoğunlaştığı atomun pozitif yüklü merkezi kısmıdır. Çekirdeğin yarıçapı ~10-15 m'dir; bu, elektron kabuğunun boyutuna göre belirlenen tüm atomun yarıçapından yaklaşık yüz bin kat daha azdır.

Atom çekirdeği proton ve nötronlardan oluşur. Çekirdekteki toplam sayıları harfle gösterilir A ve kütle numarası denir. Çekirdekteki proton sayısı Zçekirdeğin elektrik yükünü belirler ve periyodik elementler tablosundaki elementin atom numarasıyla çakışır D.I. Mendeleev. Bir çekirdekteki nötron sayısı, çekirdeğin kütle numarası ile içindeki proton sayısı arasındaki fark olarak tanımlanabilir. Kütle numarası çekirdekteki nükleonların sayısıdır.

2. Atom çekirdeğinin kararlılığı nasıl açıklanır?

NÜKLEER KUVVETLER Bir atom çekirdeğindeki nükleonların etkileşiminin bir ölçüsüdür. Benzer yüklü protonları çekirdekte tutan ve elektriksel itme kuvvetlerinin etkisi altında saçılmalarını önleyen de bu kuvvetlerdir.

3. Nükleer kuvvetlerin özelliklerini adlandırın.

Nükleer kuvvetlerin bir takım spesifik özellikleri vardır:

4. Çekirdeğin bağlanma enerjisi nedir?

ATOM ÇEKİRDEĞİNİN BAĞLANMA ENERJİSİ Bir çekirdeği tamamen bireysel nükleonlara bölmek için gereken minimum enerjidir. Nükleonların (protonlar ve nötronlar) kütlelerinin toplamı ile bunlardan oluşan çekirdeğin kütlesinin vakumdaki ışık hızının karesi ile çarpımı arasındaki fark, çekirdekteki nükleonların bağlanma enerjisidir. Nükleon başına bağlanma enerjisine spesifik bağlanma enerjisi denir.

5. Çekirdeğin kütlesi neden içindeki proton ve nötronların kütlelerinin toplamına eşit değildir?

Nükleonlardan bir çekirdek oluştuğunda, çekirdeğin enerjisi azalır ve buna kütlede bir azalma eşlik eder, yani çekirdeğin kütlesi, bu çekirdeği oluşturan tek tek nükleonların kütlelerinin toplamından daha az olmalıdır.

6. Radyoaktivite nedir?

Yeni materyal öğrenme.

NÜKLEER REAKSİYON bir atom çekirdeğinin başka bir çekirdek veya temel parçacık ile A (a, b) B veya A + a → B + b'nin bileşiminde ve yapısında bir değişikliğin eşlik ettiği etkileşim sürecidir.

Nükleer reaksiyonlar ile radyoaktif bozunma arasındaki benzerlikler ve farklılıklar nelerdir?

Ortak bir özellik nükleer reaksiyon ve radyoaktif bozunma bir atom çekirdeğinin diğerine dönüşümüdür.

Ancak radyoaktif bozunma oluyor kendiliğinden dış etki olmaksızın ve Nükleer reaksiyon isminde etkilemek parçacık bombardımanı.

Nükleer reaksiyon türleri:

bileşik bir çekirdeğin oluşum aşaması boyunca;
doğrudan nükleer reaksiyon (enerji 10 MeV'den büyük);
çeşitli parçacıkların etkisi altında: protonlar, nötronlar, ...;
nükleer sentez;
nükleer fisyon;
Enerji emilimi ve enerji salınımı ile.

İlk nükleer reaksiyon, 1919 yılında E. Rutherford tarafından nükleer bozunma ürünlerindeki protonları tespit etmeye yönelik deneylerde gerçekleştirildi. Rutherford nitrojen atomlarını alfa parçacıklarıyla bombaladı. Parçacıklar çarpıştığında, aşağıdaki şemaya göre ilerleyen bir nükleer reaksiyon meydana geldi:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Nükleer reaksiyonların koşulları

Pozitif yüklü bir parçacığın etkisi altında bir nükleer reaksiyon gerçekleştirmek için parçacığın Coulomb itme kuvvetlerinin etkisinin üstesinden gelmeye yetecek kinetik enerjiye sahip olması gerekir. Nötronlar gibi yüksüz parçacıklar, atom çekirdeğine keyfi olarak düşük kinetik enerjiyle nüfuz edebilir. Atomlar hızlı yüklü parçacıklarla (protonlar, nötronlar, α parçacıkları, iyonlar) bombardımana tutulduğunda nükleer reaksiyonlar meydana gelebilir.

Atomları hızlı yüklü parçacıklarla bombardıman etmenin ilk reaksiyonu, 1932'de bir hızlandırıcıda üretilen yüksek enerjili protonlar kullanılarak gerçekleştirildi:
7 3 Terazi + 1 1 H → 4 2 O + 4 2 O

Ancak pratik kullanım açısından en ilgi çekici olanı, çekirdeklerin nötronlarla etkileşimi sırasında ortaya çıkan reaksiyonlardır. Nötronlar yüksüz oldukları için atom çekirdeğine kolaylıkla nüfuz edebilir ve onların dönüşümlerine neden olabilirler. Seçkin İtalyan fizikçi E. Fermi, nötronların neden olduğu reaksiyonları inceleyen ilk kişiydi. Nükleer dönüşümlerin yalnızca hızlı değil, aynı zamanda termal hızlarda hareket eden yavaş nötronlardan da kaynaklandığını keşfetti.

Etki altında bir nükleer reaksiyon gerçekleştirmek pozitif yüklü parçacıklar gerekli parçacığın kinetik enerjisi vardı, için yeterli Coulomb itme kuvvetlerinin etkisinin üstesinden gelmek. Nötronlar gibi yüksüz parçacıklar, atom çekirdeğine keyfi olarak düşük kinetik enerjiyle nüfuz edebilir.

Yüklü parçacık hızlandırıcıları(öğrenci mesajı)

Mikrokozmosun sırlarına nüfuz etmek için insan mikroskobu icat etti. Zamanla, optik mikroskopların yeteneklerinin çok sınırlı olduğu ortaya çıktı - atomların derinliklerine "bakmaya" izin vermiyorlar. Bu amaçlar için ışık ışınlarının değil, yüklü parçacıkların ışınlarının daha uygun olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, E. Rutherford'un ünlü deneylerinde radyoaktif ilaçların yaydığı a-partiküllerinin akışı kullanıldı. Ancak parçacıkların doğal kaynakları (radyoaktif maddeler) çok düşük yoğunlukta ışınlar üretir, parçacıkların enerjisi nispeten düşüktür ve üstelik bu kaynaklar kontrol edilemez. Bu nedenle, hızlandırılmış yüklü parçacıkların yapay kaynaklarının yaratılması sorunu ortaya çıktı. Bunlar arasında özellikle 10 5 eV civarında enerjiye sahip elektron ışınlarını kullanan elektron mikroskopları yer alır.

20. yüzyılın 30'lu yıllarının başında ilk yüklü parçacık hızlandırıcıları ortaya çıktı. Bu tesislerde, elektrik ve manyetik alanların etkisi altında boşlukta hareket eden yüklü parçacıklar (elektronlar veya protonlar) büyük bir enerji kaynağı elde eder (hızlanır). Bir parçacığın enerjisi ne kadar yüksek olursa, dalga boyu da o kadar kısa olur, dolayısıyla bu tür parçacıklar mikro nesneleri "araştırmak" için daha uygundur. Aynı zamanda, bir parçacığın enerjisi arttıkça, onun neden olduğu parçacıkların birbirine dönüşme sayısı da artar ve bu da yeni temel parçacıkların doğuşuna yol açar. Atomların ve temel parçacıkların dünyasına nüfuz etmenin ucuz olmadığı unutulmamalıdır. Hızlandırılmış parçacıkların son enerjisi ne kadar yüksek olursa, hızlandırıcılar da o kadar karmaşık ve büyüktür; boyutları birkaç kilometreye ulaşabilir. Mevcut hızlandırıcılar, birkaç MeV'den yüzlerce GeV'e kadar enerjiye sahip yüklü parçacık ışınlarını üretmeyi mümkün kılmaktadır. Parçacık ışınlarının yoğunluğu saniyede 10 15 – 10 16 parçacığa ulaşır; bu durumda ışın yalnızca birkaç milimetrekare alana sahip bir hedefe odaklanabilir. Protonlar ve elektronlar çoğunlukla hızlandırılmış parçacıklar olarak kullanılır.

En güçlü ve pahalı hızlandırıcılar tamamen bilimsel amaçlarla - yeni parçacıklar elde etmek ve incelemek, parçacıkların birbirine dönüşümünü incelemek için - üretilmiştir. Nispeten düşük enerjili hızlandırıcılar tıpta ve teknolojide kanser hastalarının tedavisinde, radyoaktif izotopların üretiminde, polimer malzemelerin özelliklerinin iyileştirilmesinde ve diğer birçok amaç için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mevcut hızlandırıcı türlerinin çeşitliliği dört gruba ayrılabilir: doğrudan hızlandırıcılar, doğrusal hızlandırıcılar, döngüsel hızlandırıcılar, çarpışan ışın hızlandırıcıları.

Hızlandırıcılar nerede bulunur? İÇİNDE Dubna(Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü) tarafından V.I. Veksler'in öncülüğünde 1957 yılında bir senkrofazotron inşa edildi. İÇİNDE Serpuhov- senkrofazotron, manyetik alanda bulunan halka şeklindeki vakum odasının uzunluğu 1,5 km'dir; proton enerjisi 76 GeV. İÇİNDE Novosibirsk(Nükleer Fizik Enstitüsü), G.I. Budker liderliğinde, çarpışan elektron-elektron ve elektron-pozitron ışınlarını (700 MeV ve 7 GeV ışınları) kullanan hızlandırıcılar devreye alındı. İÇİNDE Avrupa (CERN, İsviçre – Fransa) hızlandırıcılar, 30 GeV'lik çarpışan proton ışınlarıyla ve 270 GeV'lik proton-antiproton ışınlarıyla çalışır. Şu anda, İsviçre ve Fransa sınırındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) inşası sırasında, inşaat işinin önemli bir aşaması tamamlandı - parçacık hızlandırıcının süper iletken mıknatıslarının kurulumu.

Çarpıştırıcı, yaklaşık yüz metre derinlikte, çevresi 26.650 metre olan bir tünelde inşa ediliyor. Çarpıştırıcıdaki ilk test çarpışmalarının Kasım 2007'de yapılması planlandı, ancak test çalışması sırasında mıknatıslardan birinin arızalanması, kurulumun devreye alınması programında bir miktar gecikmeye yol açacak. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, temel parçacıkları aramak ve incelemek için tasarlanmıştır. LHC, fırlatıldığında dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olacak ve en yakın rakiplerini neredeyse kat kat geride bırakacak. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın bilimsel kompleksinin inşaatı 15 yılı aşkın süredir devam ediyor. Bu çalışmaya dünya çapında 500 bilim merkezinden 10 binden fazla kişi katılıyor.

Nükleer reaksiyonlara enerji dönüşümleri eşlik eder. Enerji çıkışı nükleer reaksiyona miktar denir:
Q = (M A+ M B - M C - M D) C 2 = Δ Mc 2 nerede M bir ve M B – başlangıç ürünlerinin kütleleri, M C ve M D – son reaksiyon ürünlerinin kütleleri. Değer Δ M isminde kütle kusuru. () salınımıyla nükleer reaksiyonlar meydana gelebilir. Q> 0) veya enerji emilimi ile ( Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, adı verilen reaksiyon eşiği.

Nükleer reaksiyonun pozitif enerji çıkışına sahip olabilmesi için, spesifik bağlanma enerjisi Başlangıç ürünlerinin çekirdeklerindeki nükleonların, son ürünlerin çekirdeklerindeki nükleonların spesifik bağlanma enerjisinden daha az olması gerekir. Bu, Δ değerinin M pozitif olmalıdır.

Nükleer reaksiyonların mekanizması

Nükleer reaksiyonun iki aşaması:

Bir parçacığın çekirdek tarafından emilmesi ve uyarılmış bir çekirdeğin oluşması. Enerji, çekirdeğin tüm nükleonları arasında dağıtılır; bunların her biri, spesifik bağlanma enerjisinden daha az bir enerjiye karşılık gelir ve çekirdeğe nüfuz edemezler. Nükleonlar birbirleriyle enerji alışverişinde bulunur ve bunlardan biri veya bir grup nükleon, nükleer bağlanma kuvvetlerinin üstesinden gelmeye ve çekirdekten salınmaya yetecek kadar enerjiyi yoğunlaştırabilir.
Bir parçacığın çekirdek tarafından emisyonu, bir molekülün bir sıvı damlasının yüzeyinden buharlaşmasına benzer şekilde gerçekleşir. Birincil parçacığın çekirdek tarafından emildiği andan ikincil parçacığın emisyon anına kadar geçen zaman aralığı yaklaşık 10-12 saniyedir.

Nükleer reaksiyonlar için korunum yasaları

Nükleer reaksiyonlar sırasında birkaç koruma kanunları: İmpuls, enerji, açısal momentum, yük. Nükleer reaksiyonlarda bu klasik yasalara ek olarak sözde korunum yasası da vardır. baryon yükü(yani nükleonların sayısı - protonlar ve nötronlar). Nükleer ve parçacık fiziğine özgü bir dizi başka korunum kanunu da geçerlidir.

Nükleer reaksiyon nedir?
Nükleer reaksiyon ile kimyasal reaksiyon arasındaki fark nedir?
Oluşan helyum çekirdekleri neden zıt yönlerde uçuyor?
7 3 Terazi + 1 1 H → 4 2 O + 4 2 O
Bir α parçacığının emisyon reaksiyonu nükleer bir reaksiyon mudur?
Nükleer reaksiyonları tamamlayın:
- 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
- 14 7 H + ? → 14 6 C + 1 1 p
- 14 7 N + 4 2 O → ? + 1 1 saat
- 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934 Irene Curie ve Frederic Joliot-Curie, fosforun radyoaktif izotopunu elde etti)
- ? + 4 2 He → 30 14 Si + 1 1 p
Nükleer reaksiyonun enerji çıktısını belirleyin.
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
Bir nitrojen atomunun kütlesi 14.003074 amu, bir oksijen atomunun kütlesi 16.999133 amu, bir helyum atomunun kütlesi 4.002603 amu, bir hidrojen atomunun kütlesi 1.007825 amu'dur.

Bağımsız iş

seçenek 1

alüminyum (27 13 Al) bir nötron yakalar ve bir alfa parçacığı yayar;
nitrojen (14 7 N) α parçacıkları tarafından bombardıman edilir ve bir proton yayar.