Ядерные реакции

Предмет: физика

Класс: 11 Урок: 57 Дата:

Тема урока: Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность.

Цели урока:

Образовательные: Познакомить учащихся с понятием ядерной реакции, дефекта масс, энергии связи, обеспечить прочное усвоение формул расчёта дефекта масс, энергии выхода ядерной реакции, правила смещения, законов сохранения и радиоактивного распада.

Развивающие: формировать умения выделять главное и существенное, развивать навыки логического мышления, применять теоретические знания для решения практических задач.

Воспитывающие: воспитывать чувство ответственности, умение использовать свой интеллект, волю, эмоции для достижения цели, умение общаться друг с другом, умение излагать и отстаивать свою точку зрения.

Тип урока: объяснение и повторение.

Методы обучения: проблемные, поисковые.

Оборудование: карточки с физическими постоянными, тексты задач, карточки с самостоятельной работой, плакаты с темой, сборник задач, тестовое задание.

Ход урока

І. Организационный момент.

А) проверка журнала;

Б) постановка цели урока.

ІІ. Проверка домашнего задания:

Фронтальный опрос.

- Что происходит с ядром радиоактивного элемента при α-распаде?

- Приведите пример реакции α-распада.

- Как читается правило смещения для α-распада?

- Что происходит в ядре атома, претерпевшего β-распад? Какие частицы при этом излучаются? Что происходит с зарядом ядра и почему?

- Сформулируйте правило смещения для β-распада.

- Изменится ли массовое число ядра при β-распаде? Почему?

- Каким видом излучения часто сопровождается α- и β-распад?

Решение задач

Задача 1

Вычислите дефект масс ядра кислорода ¹⁷₈О.

Решение:

Дефект массы ядра равен:

Из символической записи элемента ¹⁷₈О следует, что А = 17 и Z = 8, т. е. в состав ядра кислорода входит 8 протонов и 9 нейтронов: N = А - Z = 17 - 8 = 9.

Тогда выражение для дефекта масс можно записать:

Ответ: Δm ≈ 1,6 · 10^-28 кг.

Задача 2

Найти энергию связи ядра изотопа лития ⁷₃Li.

Решение:

Энергия связи ядра Е_СB = Δm · с², где Δm - дефект массы ядра:

Отсюда

Из символической записи изотопа лития ⁷₃Li видим, что А = 7 и Z = 3, т. е. в ядре изотопа лития 7 нуклонов, из них 3 протона и 4 нейтрона (N = А - Z).

Подставив значения А и Z в выражение энергии связи, получим:

Ответ: E_СB ⁼ 5,58 · 10^-13 Дж.

III. Объяснение нового материала.

Гипотеза о том, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, подтверждалась многими экспериментами. Это свидетельствует о справедливости протонно-нейтронной модели строения ядра.

Но почему ядра не распадаются на отдельные нуклоны под действием сил электростатического отталкивания между положительными заряженными протонами?

Ядерные силы примерно в 100 раз превосходят электромагнитные. Это самые мощные силы из всех, которыми располагает природа. Поэтому взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными взаимодействиями.

Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными силами.

Свойства ядерных сил:

♦ являются только силами притяжения;

♦ во много раз больше кулоновских сил;

♦ не зависят от наличия заряда;

♦ короткодействующие: заметны на r ≈ 2,2 · 10^-15 м;

♦ взаимодействуют с ограниченным числом нуклонов;

♦ не являются центральными.

Важную роль во всей ядерной физике играет понятие энергии связи ядра. Энергия связи позволяет объяснить устойчивость ядер, выяснить, какие процессы ведут к выделению ядерной энергии.

Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные частицы.

На основании закона сохранения энергии можно также утверждать, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Энергия связи атомных ядер очень велика. Например: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, что и сгорание 1,5-2 вагонов каменного угля.

Наиболее простой путь нахождения этой энергии основан на применении закона о взаимосвязи массы и энергии:

Е = mс².

Масса покоя ядра М_я всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов:

Т. е. существует дефект масс:

Энергия связи ядра:

Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом. Первая ядерная реакция на быстрых протонах была осуществлена в 1932 г. Удалось расщепить литий на две α-частицы:

Новый период в развитии ядерной физики начался фундаментальными открытиями. 15 января 1934 г. на заседании Парижской Академии наук Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. «Нам удалось доказать методом камеры Вильсона, - сообщали они, - что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) испускают положительные электроны при бомбардировке их а-частицами полония».

«Испускание положительных электронов некоторыми легкими элементами, подвергнутыми облучению а-луча-ми полония, продолжается в течение некоторого более или менее продолжительного времени после удаления источника а-лучей. В случае бора, например, это время достигает получаса».

Ф. Жолио и И. Кюри, исследуя это явление, показали, что в этом случае возникает новый этап радиоактивности, сопровождаемый испусканием положительных электронов. «Мы полагаем, -писали они, - что в случае алюминия реакция происходит следующим образом:

Изотоп фосфора 15Р30 является радиоактивным Он обладает периодом полураспада 3 мин 15 с и испускает положительный электрон согласно реакции:

Для бора и магния можно себе представить аналогичные реакции, приводящие к образованию неустойчивых ядер 7N13 и 14Si27. Изотопы 7N13, ,4Si27, ,5P30 не наблюдаются в природе, так как они могут существовать только в течение очень короткого времени». Заканчивая свое короткое сообщение, ф. Жо-лио и И. Кюри писали: «Таким образом в настоящей работе удалось впервые при помощи внешнего воздействия вызвать у некоторых атомных ядер радиоактивность, которая сохраняется в течение измеримого времени в отсутствие вынуждающей причины».

Это было открытие огромной важности. Радиоактивность, которая была присуща некоторым элементам, не могла быть ни вызвана, ни уничтожена, ни как-либо изменена человеком. Супруги Жолио-Кюри впервые искусственно вызвали радиоактивность, создав новые радиоактивные изотопы, не наблюдаемые до этого в природе. Явление, открытое Жолио-Кюри, получило название «искусственная радиоактивность».

Шведская Академия наук оценила принципиальную важность открытия супругов Жолио-Кюри и присудила им в 1935 г. Нобелевскую премию по химии.

Рис. 81. Приборы И. и Ф. Кюри, с которыми была получена искусственная радиоактивность

Фредерик Жолио, принявший позже фамилию Жолио-Кюри, родился 19 марта 1900 г. в семье скобяного мастера Анри Жолио, участника Парижской Коммуны. С 1908 по 1917 г. он учился в лицее Лаканаль, затем в связи с войной был мобилизован в армию, но в войне участвовать ему не пришлось. Война кончилась, и Жолио получил отсрочку для продолжения образования. Чтобы пополнить знания в области точных наук (лицей Лаканаль был школой гуманитарного типа), Жолио поступил в лицей Лавуазье. Окончив его в 1919 г. первым учеником, он поступил в Парижскую школу физики и химии, где когда-то был профессором Пьер Кюри, а теперь преподавал физику Поль Ланжевен.

По окончании школы Фредерик Жолио работал инженером-практиком на сталелитейных заводах. Однако в связи с окончанием отсрочки он был призван в армию и поступил в артиллерийскую школу в Пуатье. По окончании училища новоиспеченный сублейтенант по рекомендации Ланжевена поступил в препараторы к Марии Кюри в Институт радия. Здесь он встретился со своей будущей женой, дочерью Пьера и Марии Кюри, Ирен. Брак Ирен Кюри и Фредерика Жолио был зарегистрирован 4 октября 1926 г. С тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри была старше Фредерика Жолио, она родилась 12 сентября 1897 г. Она закончила Парижский университет в 1920 г. и начала работать в лаборатории матери. К моменту, когда ф. Жолио поступил препаратором в Институт радия (1925), она защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию в 1930 г., на пять лет позже жены. В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Коллеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена - профессором экспериментальной физики. Ирен после смерти матери в 1934 г. стала ее преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения Сопротивления, а в послевоенные годы активными борцами за мир. В 1942 г., в трудный год войны, Фредерик Жолио-Кюри вступил в Коммунистическую партию франции. Он с 1949 г. и до самой смерти возглавлял Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Фредерика Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был пущен первый французский ядерный реактор. Сам Жолио-Кюри до 1950 г. занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии франции. Ирен Жолио-Кюри умерла 17 марта 1956 г. от лучевой болезни. В мае 1958 г. ф. Жолио-Кюри последний раз посетил СССР, встретился со своими друзьями И. В. Курчатовым, Д. В. Скобельцыным и другими советскими физиками, верным другом которых он был всю свою жизнь. Умер ф. Жолио-Кюри 14 августа 1958 г.

IV. Вопросы на закрепление

- Какие силы действуют между нуклонами в атомном ядре?

- Проявлением какого вида фундаментальных взаимодействий являются эти силы?

- Какими свойствами обладают ядерные силы притяжения?

- Что называют энергией связи атомного ядра?

- Что называют дефектом массы?

- Напишите формулу дефекта массы.

- Что называют ядерными реакциями?

Самостоятельная работа

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

VІ. Подведение итогов.

VІІ. Выставление оценок.

VІІІ. Домашнее задание: 1. прочитать § 8.8.

2. Решить задачи:

Задача 1

В результате захвата α-частицы ядром изотопа азота ¹⁴₇N образуется неизвестный элемент и протон. Написать реакцию и определить неизвестный элемент.

Задача 2

При бомбардировке изотопа азота ¹⁴₇N нейтронами получается изотоп углерода ¹⁴₆С, который оказался β-радиоактивным. Напишите уравнения ядерных реакций.

Задача 3

Ядро какого элемента получается при взаимодействии нейтрона с протоном (сопровождающимся выделением γ-кванта)?



Физика атомного ядра

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Физика атомного ядра

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

Физика атомного ядра

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Физика атомного ядра

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

Физика атомного ядра

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Физика атомного ядра

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

Физика атомного ядра

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Физика атомного ядра

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

Физика атомного ядра

Вариант I

1. Какой заряд имеют α-частица, β-частица?

а) α-частица - отрицательный, β-частица - положительный;

б) α- и β-частицы - положительный;

в) α-частица - положительный, β-частица - отрицательный.

2. α-излучение - это:

а) поток электронов;

б) поток ядер атомов гелия;

в) излучение квантов энергии.

3. Какие частицы излучаются при указанном процессе распада:

а) ядро гелия;

б) электрон;

в) ядро гелия и электрон.

4. Тот факт, что при радиоактивных превращениях из атомов одних веществ образуются атомы других веществ, является доказательством того, что радиоактивные превращения претерпевают:

а) ядра атомов;

б) электронные оболочки;

в) кристаллы.

5. В результате β-распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:

а) на две клетки правее;

б) на две клетки левее;

в) на одну клетку правее;

г) на одну клетку левее.

Физика атомного ядра

Вариант II

1. Какой заряд имеют β-частица, γ-частица?

а) β-частица - положительный, γ-излучение - отрицательный;

б) β-частица - отрицательный, γ-излучение не имеет заряда;

в) β-частица и γ-излучение - отрицательный.

2. β-излучение - это:

а) β-излучение квантов энергии;

б) поток ядер гелия;

в) поток электронов.

3. В результате какого радиоактивного распада натрий ²²₁₁Na превращается в ²²₁₂Mg ?

а) α-распада;

б) β-распада.

4. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?

а) чтобы избежать опасного излучения;

б) чтобы увеличить период полураспада;

в) чтобы уменьшить явление радиоактивности.

5. Какие частицы или излучения имеют наибольшую проникающую способность?

а) α-частицы;

б) γ-излучение;

в) β-излучение.

Задача 1

Вычислите дефект масс ядра кислорода ¹⁷₈О.

Задача 2

Найти энергию связи ядра изотопа лития ⁷₃Li.

Задача 1

В результате захвата α-частицы ядром изотопа

азота ¹⁴₇N образуется неизвестный элемент и протон.

Написать реакцию и определить неизвестный элемент.

Задача 2

При бомбардировке изотопа азота ¹⁴₇N нейтронами

получается изотоп углерода ¹⁴₆С, который оказался

β-радиоактивным. Напишите уравнения ядерных реакций.

Задача 3

Ядро какого элемента получается при

взаимодействии нейтрона с протоном?

Задача 1

Вычислите дефект масс ядра кислорода ¹⁷₈О.

Задача 2

Найти энергию связи ядра изотопа лития ⁷₃Li.

Задача 1

В результате захвата α-частицы ядром изотопа

азота ¹⁴₇N образуется неизвестный элемент и протон.

Написать реакцию и определить неизвестный элемент.

Задача 2

При бомбардировке изотопа азота ¹⁴₇N нейтронами

получается изотоп углерода ¹⁴₆С, который оказался

β-радиоактивным. Напишите уравнения ядерных реакций.

Задача 3

Ядро какого элемента получается при

взаимодействии нейтрона с протоном?

Предмет: физика

Класс: 11 Урок: 58 Дата:

Тема урока: Деление тяжелых ядер. Цепные ядерные реакции.. Критическая масса.

Цели урока:

Образовательные: Сформировать у учащихся представление о делении тяжелых ядер.

Развивающие: формировать умения выделять главное и существенное, развивать навыки логического мышления, применять теоретические знания для решения практических задач.

Воспитывающие: воспитывать чувство ответственности, умение использовать свой интеллект, волю, эмоции для достижения цели, умение общаться друг с другом, умение излагать и отстаивать свою точку зрения.

Тип урока: объяснение и повторение.

Методы обучения: проблемные, поисковые.

Оборудование: карточки с физическими постоянными, тексты задач, карточки с самостоятельной работой, плакаты с темой, сборник задач.

Ход урока

І. Организационный момент.

А) проверка журнала;

Б) постановка цели урока.

ІІ. Проверка домашнего задания:

Фронтальный опрос.

- Какой вопрос возникает в связи с гипотезой о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов?

- Какое предложение пришлось сделать ученым для ответа на этот вопрос?

- Как называются силы притяжения между нуклонами в ядре и каковы их характерные особенности?

- Что называется энергией связи ядра?

- Запишите форму для расчета энергии связи ядра по его дефекту масс.

- Что называют ядерными реакциями?

Решение задач

1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

2. Допишите недостающие обозначения:

III. Объяснение нового материала.

Цепная реакция деления ядер урана

В 1940 г. Г. И. Флеров и В. Петржак обнаружили самопроизвольное (спонтанное) деление ядер урана.

В 1938 г. О. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Майтнером и английским физиком О. Фришем:

(Бомбардировка нейтронами дает ²³⁶₉₂U, который распадается на цезий и рубидий)

Позже обнаружили, что при бомбардировке нейтронами ²³⁵₉₂U образуются 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление оказалось:

Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ = 3,2 · 10^-11 Дж. Энергия выделяется в виде:

а) Е_к осколков ≈ 2,6 · 10^-11 Дж.

б) Е_к нейтронов ≈ 0,1 · 10^-11 Дж.

в) γ-излучения ≈ 0,5 · 10^-11 Дж.

г) β-излучения

Механизм деления

Н. Бор предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление o ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обусловливается кулоновскими силами.

Цепная реакция деления ядер урана - это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Для осуществления цепной реакции пригодны лишь ядра ²³⁵₉₂U. Естественный уран состоит из ²³⁵₉₂U (0,7%),²³⁸₉₂U (97,3%). Ядра ²³⁵₉₂U делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами. ²³⁸₉₂U - только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60%, но только один из пяти производит деление.

Цепную реакцию чистого изотопа ²³⁸₉₂U осуществить медленными нейтронами невозможно. Для ее течения необходимо, чтобы коэффициент размножения k нейтронов был ≥ 1. В этом случае число нейтронов ¹₀n увеличивается или остается постоянным и цепная реакция протекает. При k < 1 число ¹₀n убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных ¹₀n ядром ²³⁵₉₂U или быстрых ¹₀n ядрами ²³⁸₉₂U и ²³⁵₉₂U с последующим делением. Уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами установки.

С целью уменьшения вылета ¹₀n увеличивают масса урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности, если форма урана с критической массой шарообразна.

Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов.

Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая цепная реакция и управляемая цепная реакция.

IV. Закрепление.

Какую реакцию называют делением ядер?

Как осуществляется цепная ядерная реакция?

На какие типы делятся нейтроны по своим энергиям?

1. Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке алюминия ¹²⁷₁₃Аl α-частицами и сопровождающуюся выбиванием протона.

2. Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке бора ¹¹₅В α-частицами и сопровождающуюся выбиванием нейтронов.

3. При бомбардировке изотопа бора ¹⁰₅В нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается α-частица. Написать реакцию.

4. Элемент менделевий был получен при облучении эйнштейния ²⁵³₉₉Es α-частицами с выделением нейтрона. Написать реакцию.

V. Подведение итогов.

VI. Выставление оценок.

V. Домашнее задание:

1. § 8.8, 8.9.

2. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:

3. Элемент курчатовий получили, облучая плутоний ²⁴²₉₄Рu ядрами неона ²²₁₀Ne. Напишите реакцию, если известно, что в результате образуется еще четыре нейтрона.



1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

2. Допишите недостающие обозначения:

1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

2. Допишите недостающие обозначения:

1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

2. Допишите недостающие обозначения:

1. Определить неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

2. Допишите недостающие обозначения:

Предмет: физика

Класс: 11 Урок: 56 Дата:

Тема урока: Практическая работа №14. Решение экспериментальных задач.

Цели урока:

Образовательные: Учить применять физические законы при решении задач.

Развивающие: развивать навыки логического мышления, применять теоретические знания для решения практических задач.

Воспитывающие: воспитывать чувство ответственности, умение использовать свой интеллект, волю, эмоции для достижения цели, умение общаться друг с другом, умение излагать и отстаивать свою точку зрения.

Тип урока: практический.

Оборудование: тексты задач, карточки с самостоятельной работой, сборник задач, тестовое задание.

Ход урока

І. Организационный момент.

ІІ. Проверка домашнего задания:

- Что такое изотоп?

- Как читается правило смещения для α-распада?

- Сформулируйте правило смещения для β-распада.

- Каким видом излучения часто сопровождается α- и β-распад?

- Запишите формулу для определения дефекта масс любого ядра.

- Запишите формулу для расчета энергии связи ядра по его дефекту масс.

- Какой формулой связаны между собой массовое число, зарядовое число и число нейтронов в ядре?

- Как называются протоны и нейтроны вместе?

- Изменяется ли массовое число ядра при β-распаде?

- Что происходит с ядром радиоактивного элемента при α-распаде?

ІII. Решение задач разного уровня сложности.

1. Под действием какой силы α- и β-излучение отклоняется в магнитном поле? Что произойдет с изотопом урана-237 при β-распаде? Как изменяется массовое число нового элемента? Влево или вправо в таблице Менделеева происходит сдвиг? Записать реакцию.

2. Записать реакцию непосредственного превращения актиния-227 во франций-233; α- или β-распад имеет здесь место?

3. Во что превращается ²³⁸₉₂U после одного α-распада и двух β-распадов?

4. Во что превращается изотоп тория ²³⁴₉₀Th, ядра которого претерпевают три последовательных α-распада?

5. Какое из трех α-, β- и γ-излучений не отклоняется магнитным и электрическим полями?

6. Ядра изотопа ²³²₉₀Th претерпевают α-распад, два β-распада и еще один α-распад. Какие ядра после этого получаются?

7. Каков состав ядер водорода ³₁Н и урана ²³⁸₉₂U? Что можно сказать о количестве нейтронов в ядрах с возрастанием их порядкового номера?

8. При бомбардировке нейтронами атома азота ¹⁴₇N испускается протон. В ядро какого изотопа превращается ядро азота? Напишите реакцию.

9. Каков состав изотопов неона Что характерно для изотопов одного элемента?

10. Ядро изотопа магния с массовым числом 25 подвергается бомбардировке протонами. Ядро какого элемента при этом образуется, если ядерная реакция сопровождается излучением α-частиц?

11. При бомбардировке α-частицами алюминия образуется новое ядро и нейтрон. Записать ядерную реакцию и определить, ядро какого элемента при этом образуется.

12. Каков состав ядер натрия ²²₁₁Na, фтора ¹⁹₉F и менделеевия ²⁵⁷₁₀₁Мd?

13. Допишите реакции:

14. Каков состав ядер серебра ¹⁰⁷₄₇Ag , кюрия ²⁴⁷₉₆Сm и радия ²²⁶₈₈Ra?

15. Каков состав ядер германия ⁷³₃₂Gе, ниобия ⁹³₄₁Nb и свинца ²⁰⁷₈₂Рb?

16. Ядро тория ²³⁰₉₀Th превратилось в ядро радия ²²⁶₈₈Ra. Какую частицу выбросило ядро тория? Напишите реакцию.

17. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:

18. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:

ІV. Подведение итогов.

V. Выставление оценок.

VІ. Домашнее задание: повторить §8.1-§8.6.