التفاعلات النووية (المشاكل). التفاعلات النووية (المهام) تعلم مواد جديدة

1. ضع قائمة بالعديد من التفاعلات النووية التي يمكن من خلالها تكوين نظير 8 Be.

2. ما هو الحد الأدنى من الطاقة الحركية في نظام المختبر T min التي يجب أن يمتلكها النيوترون حتى يصبح التفاعل 16 O (n، α) 13 C ممكنًا؟

3. هل التفاعل 6 Li (d، α) 4 ماص للحرارة أم طارد للحرارة؟ يتم إعطاء طاقات الربط المحددة للنواة في MeV: ε (d) = 1.11 ؛ ε () = 7.08 ؛ ε (6 لي) = 5.33.

4. تحديد عتبات Tpore لتفاعلات التحلل الضوئي 12 درجة مئوية.

1. γ + 12 ج → 11 ج + ن
2. γ + 12 ج ← 11 ب + ص
3. γ + 14 ج → 12 ج + ن + ن

5. حدد عتبات التفاعل: 7 Li (p، α) 4 He and 7 Li (p، γ) 8 Be.

6. حدد الحد الأدنى من الطاقة التي يجب أن يمتلكها البروتون لجعل التفاعل p + d → p + p + n ممكنًا. يتم إعطاء الجماهير الزائدة. Δ (1 ساعة) = 7.289 إلكترون فولت ، Δ (2 ساعة) = 13.136 إلكترون فولت ،
Δ (ن) = 8.071 إلكترون فولت.

7. هل ردود الفعل ممكنة؟

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

تحت تأثير جسيمات الفا ذات الطاقة الحركية T = 10 MeV؟

8. حدد الجسيم X واحسب طاقات التفاعل Q في الحالات التالية:

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. 7Li + X → 7Be + n ؛	6. 23 Na + d → 24 Na + X.

9. ما هو الحد الأدنى من الطاقة T min التي يجب أن يمتلكها الديوترون لإثارة حالة طاقة E exc = 1.75 MeV نتيجة التشتت غير المرن على نواة 10 B؟

10. احسب عتبة التفاعل: 14 N + α → 17 O + p ، في حالتين ، إذا كان الجسيم الساقط:
1) جسيم ألفا ،
2) نواة 14 N. طاقة التفاعل Q = 1.18 MeV. اشرح النتيجة.

1. د (ع ، γ) 3 هو ؛	5. 32 ق (γ ، ع) 31 ص ؛
2. د (د ، 3 هـ) ن ؛	6. 32 (γ ، ن) 31 ق ؛
3. 7 لي (ع ، ن) 7 بي ؛	7. 32 S (γ، α) 28 سي ؛
4. 3 هو (α، γ) 7 كن؛	8. 4 ه (α ، ص) 7 لي ؛

12. ما هي النوى التي يمكن تشكيلها نتيجة تفاعلات تحت تأثير: 1) بروتونات بطاقة 10 ميغا إلكترون فولت على هدف 7 ليترات ؛ 2) 7 نوى Li بطاقة 10 MeV على هدف الهيدروجين؟

13. تلتقط نواة 7 LI نيوترونًا بطيئًا وتنبعث منها γ-quantum. ما هي طاقة γ-quantum؟

14. حدد في نظام المختبر الطاقة الحركية للنواة 9 كن متكونة عند القيمة الحدية للطاقة النيوترونية في التفاعل 12 C (n، α) 9 Be.

15. عندما تم تشعيع هدف مصنوع من البورون الطبيعي ، لوحظ ظهور نظائر مشعة بنصف عمر 20.4 دقيقة و 0.024 ثانية. ما هي النظائر التي تشكلت؟ ما هي التفاعلات التي أدت إلى تكوين هذه النظائر؟

16. يتم قصف هدف البورون الطبيعي بالبروتونات. بعد انتهاء التشعيع ، سجل كاشف الجسيمات نشاطًا قدره 100 بيكريل. بعد 40 دقيقة ، انخفض نشاط العينة إلى ~ 25 بيكريل. ما هو مصدر النشاط؟ ما هو التفاعل النووي الذي يحدث؟

17. جسيم ألفا ذو الطاقة الحركية T = 10 MeV يواجه تصادمًا مرنًا مع نواة 12 درجة مئوية. حدد الطاقة الحركية في h.p. النوى 12 C T C بعد الاصطدام.

18. تحديد الطاقات القصوى والدنيا للنواة 7 تكونت في التفاعل
7 Li (p، n) 7 Be (Q = -1.65 MeV) تحت تأثير البروتونات المتسارعة بطاقة T p = 5 MeV.

19. - الجسيمات المنبعثة بزاوية θ غير مرنة = 30 0 نتيجة تفاعل التشتت غير المرن مع إثارة حالة نواة 12 C مع الطاقة E ex = 4.44 MeV لها نفس الطاقة في حصان مثل تلك المنتشرة بشكل مرن على نفس النواة α- جسيمات بزاوية θ تحكم = 45 0. تحديد طاقة جسيمات الفا الواقعة على الهدف.

20. تتفاعل جسيمات ألفا مع الطاقة T = 5 MeV مع نواة 7 Li الثابتة. حدد العزم في s.c.i ، المتكون نتيجة للتفاعل 7 Li (α، n) 10 B من النيوترون p α والنواة 10 B p Be.

21. تمت دراسة حالات الإثارة المنخفضة عند 35 سل (1.219 ؛ 1.763 ؛ 2.646 ؛ 2.694 ؛ 3.003 ؛ 3.163 إلكترون فولت) باستخدام التفاعل 32 S (α ، p) 35 Cl. أي من الحالات التالية ستثيره شعاع من جسيمات ألفا بطاقة 5.0 إلكترون فولت؟ أوجد طاقات البروتونات التي لوحظت في هذا التفاعل بزاوية 0 0 و 90 0 عند E = 5.0 MeV.

22. باستخدام مخطط النبض ، احصل على العلاقة بين الزوايا في حصان. و s.c.i.

23. يصطدم بروتون بطاقة حركية T a = 5 MeV النواة 1 H وينتثر عليها بمرونة. أوجد الطاقة T B وزاوية التشتت θ B لنواة الارتداد 1 H إذا كانت زاوية تشتت البروتون θ b = 30 0.

24. يستخدم تفاعل t (d ، n) α على نطاق واسع لإنتاج النيوترونات. أوجد طاقة النيوترونات T n المنبعثة بزاوية مقدارها 90 0 في مولد نيوترون باستخدام الديوترونات المتسارعة إلى طاقة T d = 0.2 MeV.

25. يستخدم التفاعل 7 Li (p، n) 7 Be لإنتاج نيوترونات. طاقة البروتون T p = 5 MeV. تتطلب التجربة نيوترونات ذات طاقة T n = 1.75 MeV. في أي زاوية θ n بالنسبة لاتجاه حزمة البروتون ستطير النيوترونات بهذه الطاقة؟ ماذا سيكون انتشار طاقات النيوترونات ΔT إذا تم اختيارها باستخدام ميزاء 1 سم يقع على مسافة 10 سم من الهدف.

26. حدد الزخم المداري للتريتيوم l t ، المتشكل في التفاعل 27 Al (، t) 28 Si ، إذا كان الزخم المداري للجسيم ألفا الساقط هو l α = 0.

27. في أي عزم زاوية مداري نسبي للبروتون يكون التفاعل النووي p + 7 Li → 8 Be * → α + α ممكنًا؟

28. ما هي اللحظات المدارية التي يمكن أن تطير فيها البروتونات في التفاعل 12 ج (، ص) 11 ب ، إذا: 1) تشكلت النواة النهائية في الحالة الأرضية ، وتم امتصاص الفوتون E2 ؛ 2) تتكون النواة النهائية في الحالة 1/2 + ، ويتم امتصاص الفوتون M1 ؛ 3) تتكون النواة النهائية في الحالة الأرضية ، ولكن تم امتصاص الفوتون E1؟

29. نتيجة لامتصاص النواة للكمية ، ينبعث نيوترون ذو زخم مداري l n = 2. حدد تعدد الأقطاب للكمية إذا تشكلت النواة النهائية في الحالة الأرضية.

30. تمتص نواة 12 C كمية γ ، ونتيجة لذلك يطير البروتون مع عزم مداري l = 1. تحديد تعدد الأقطاب للكم γ الممتص إذا تشكلت النواة النهائية في الحالة الأرضية؟

31. حدد العزم المداري للديوترون ل د في رد فعل التقاط 15 نيوتن (ن ، د) 14 درجة مئوية إذا كانت العزم المداري للنيوترون هي l n = 0.

33. تمتص نواة 40 Ca الكم E1 γ. ما هي التحولات الجسيمية الممكنة؟

34. تمتص نواة 12 C الكم E1 γ. ما هي التحولات الجسيمية الممكنة؟

35. هل من الممكن إثارة حالة ذات الخصائص J P = 2 + ، I = 1 في تفاعل التشتت غير المرن للديوترونات على نواة 10 فولت؟

36. احسب المقطع العرضي للتشتت لجسيم بقدرة 3 إلكترون فولت في حقل كولوم للنواة 238 يو في نطاق الزوايا من 150 0 إلى 170 0.

37. يتم تشعيع صفيحة ذهبية بسمك d = 0.1 مم بواسطة حزمة جسيم α بكثافة N 0 = 10 3 جزيئات / ثانية. الطاقة الحركية للجسيمات T = 5 MeV. كم عدد جسيمات ألفا لكل وحدة زاوية صلبة تسقط في الثانية على كاشف يقع بزاوية = 170 0؟ كثافة الذهب ρ = 19.3 جم / سم 3.

38. تسقط حزمة موازية من جسيمات ألفا بطاقة T = 10 MeV بشكل عمودي على رقائق نحاسية بسمك δ = 1 مجم / سم 2. يتم تسجيل الجسيمات المنتشرة بزاوية = 30 بواسطة كاشف بمساحة S = 1 سم 2 تقع على مسافة l = 20 سم من الهدف. ما الكسر من العدد الإجمالي لجسيمات ألفا المتناثرة الذي سيسجله الكاشف؟

39. عند دراسة التفاعل 27 Al (p، d) 26 Al تحت تأثير البروتونات مع الطاقة T p = 62 MeV في طيف الديوترون المقاس بزاوية θ d = 90 باستخدام كاشف الزاوية الصلبة
dΩ = 2 · 10 -4 sr ، لوحظت القمم مع الطاقات T d = 45.3 ؛ 44.32 ؛ 40.91 ميغا إلكترون فولت. مع شحنة إجمالية من البروتونات q = 2.19 mC تسقط على هدف δ = 5 مجم / سم 2 ، كان عدد التهم N في هذه القمم 5180 و 1100 و 4570 على التوالي. تحديد طاقات مستويات نواة 26 Al التي لوحظ إثارة منها في هذا التفاعل. احسب المقاطع العرضية التفاضلية dσ / dΩ لهذه العمليات.

40. المقطع العرضي المتكامل للتفاعل 32 S (γ، p) 31 P مع تكوين نواة 31 P النهائية في الحالة الأرضية عند طاقة حادث γ-quanta تساوي 18 MeV هي 4 ميغابايت. تقدير المقطع العرضي المتكامل للتفاعل العكسي 31 P (p، γ) 32 S المقابل لنفس طاقة الإثارة لنواة 32 S كما في تفاعل 32 S (γ، p) 31 P. ضع في الاعتبار أن هذا الإثارة هي تمت إزالته بسبب الانتقال إلى الحالة الأساسية.

41. احسب شدة شعاع النيوترون J المستخدم لإشعاع صفيحة 55 Mn بسمك d = 0.1 سم للبراعة = 15 دقيقة ، إذا كان نشاطها بعد tcool = 150 دقيقة بعد نهاية التشعيع كان نشاطها 2100 Bq. نصف العمر 56 Mn هو 2.58 h ، المقطع العرضي للتنشيط σ = 0.48 b ، وكثافة مادة اللوحة هي ρ = 7.42 g / cm3.

42. المقطع العرضي التفاضلي للتفاعل dσ / dΩ بزاوية 90 0 هو 10 mb / sr. احسب قيمة المقطع العرضي المتكامل إذا كان الاعتماد الزاوي للمقطع العرضي التفاضلي على الشكل 1 + 2sinθ.

43. نثر النيوترونات البطيئة (T n 1 keV) بواسطة النواة متناحي الخواص. كيف يمكن تفسير هذه الحقيقة؟

44. حدد طاقة الإثارة لنواة مركبة تكونت عندما يتم التقاط جسيم ألفا مع الطاقة T = 7 MeV بواسطة نواة ثابتة مقدارها 10 فولت.

45. في المقطع العرضي للتفاعل 27 Al (α، р) 30 Si ، لوحظ الحد الأقصى عند طاقات جسيمات ألفا T 3.95 ؛ 4.84 و 6.57 ميغا إلكترون فولت. تحديد طاقات الإثارة للنواة المركبة المقابلة للحد الأقصى في المقطع العرضي.

46. ما هو الزخم المداري الذي يمكن أن تنتشر فيه البروتونات ذات T p = 2 MeV على نواة 112 Sn؟

47. تقدير المقطع العرضي لتكوين نواة مركبة في تفاعل النيوترونات مع الطاقة الحركية T n = 1 eV مع نوى الذهب 197 Au.

48. تقدير المقطع العرضي لتكوين نواة مركبة في تفاعل النيوترونات مع الطاقة الحركية T n = 30 MeV مع نوى الذهب 197 Au.

نظرية:التفاعلات النووية تخضع لقوانين الحفاظ على الكتلة والشحنة.
الكتلة الكلية قبل التفاعل تساوي الكتلة الكلية بعد التفاعل ، والشحنة الكلية قبل التفاعل تساوي الشحنة الكلية بعد التفاعل.
على سبيل المثال:
النظائر هي أنواع مختلفة من عنصر كيميائي معين والتي تختلف في كتلة النوى الذرية. أولئك. الأعداد الكتلية مختلفة ، لكن أرقام الشحنات هي نفسها.

يوضح الشكل سلسلة تحولات اليورانيوم 238 إلى الرصاص 206. باستخدام البيانات الواردة في الشكل ، حدد العبارتين الصحيحتين من قائمة العبارات المقترحة. ضع قائمة بأرقامهم.

1) في سلسلة تحويلات اليورانيوم 238 إلى رصاص 206 مستقر ، يتم إطلاق ستة نوى هيليوم.
2) البولونيوم 214 له أقصر نصف عمر في السلسلة المقدمة للتحولات الإشعاعية.
3) الرصاص الذي كتلته الذرية 206 يخضع لاضمحلال ألفا العفوي.
4) اليورانيوم 234 ، على عكس اليورانيوم 238 ، عنصر مستقر.
5) يصاحب التحول التلقائي للبزموت 210 إلى بولونيوم 210 انبعاث إلكترون.
حل: 1) في سلسلة تحويلات اليورانيوم 238 إلى رصاص 206 مستقر ، لا يتم إطلاق ستة ، بل ثماني نوى هيليوم.
2) البولونيوم 214 له أقصر نصف عمر في السلسلة المقدمة للتحولات الإشعاعية. يوضح الرسم البياني أن البولونيوم 214 له أقصر وقت
3) الرصاص ذو الكتلة الذرية 206 لا يعاني من تسوس ألفا التلقائي ، فهو مستقر.
4) اليورانيوم 234 ، على عكس اليورانيوم 238 ، ليس عنصرًا مستقرًا.
5) يصاحب التحول التلقائي للبزموت 210 إلى بولونيوم 210 انبعاث إلكترون. منذ إطلاق جسيم بيتا.
إجابة: 25
مهمة OGE في الفيزياء (fipi):ما الجسيم X الذي تم إطلاقه نتيجة التفاعل؟

حل:الكتلة قبل التفاعل 14 + 4 = 18 ص ش ، شحنة 7e + 2e = 9e ، من أجل استيفاء قانون حفظ الكتلة والشحنة ، يجب أن يحتوي الجسيم X على 18-17 = 1 صباحًا ش. و 9 هـ - 8 هـ = 1 هـ ، وبالتالي فإن الجسيم X هو بروتون.
إجابة: 4
مهمة OGE في الفيزياء (fipi):نواة الثوريوم تحولت إلى نواة الراديوم. ما الجسيم المنبعث من نواة الثوريوم؟


3) جسيم ألفا
4) جسيم جسيم
حل:تغيرت الكتلة بمقدار 4 ، والشحنة بمقدار 2 ، لذلك ، أصدرت نواة الثوريوم جسيم ألفا.
إجابة: 3
مهمة OGE في الفيزياء (fipi):

1) جسيم ألفا
2) الإلكترون

حل:باستخدام قانون حفظ الكتلة والشحنة ، نرى أن كتلة العنصر تساوي 4 ، والشحنة تساوي 2 ، لذلك ، هذا جسيم ألفا.
إجابة: 1
مهمة OGE في الفيزياء (fipi):

1) جسيم ألفا
2) الإلكترون

حل:باستخدام قانون حفظ الكتلة والشحنة ، نرى أن كتلة العنصر تساوي 1 ، والشحنة تساوي 0 ، وبالتالي ، هذا نيوترون.
إجابة: 4
مهمة OGE في الفيزياء (fipi):

3) الإلكترون
4) جسيم ألفا
حل:جسيم جاما ليس له كتلة ولا شحنة ، لذلك الجسيم المجهول له كتلة وشحنة تساوي 1 ، والجسيم المجهول هو بروتون.
إجابة: 1
عندما يتم التقاط نيوترون بواسطة نواة ، يتم إنتاج نظير مشع. خلال هذا التحول النووي ،

4) الإلكترون
حل:دعنا نكتب رد فعل الالتقاط
+ -> + ? .
باستخدام قانون حفظ الكتلة والشحنة ، نرى أن كتلة العنصر المجهول تساوي 4 ، والشحنة تساوي 2 ، وبالتالي ، هذا جسيم ألفا.

الأقسام: الفيزياء

فصل: 11

أهداف الدرس: لتعريف الطلاب بالتفاعلات النووية ، وعمليات تغيير النوى الذرية ، وتحويل بعض النوى إلى أخرى تحت تأثير الجسيمات الدقيقة. التأكيد على أن هذه ليست بأي حال تفاعلات كيميائية للاتصال وفصل ذرات العناصر فيما بينها ، مما يؤثر فقط على قذائف الإلكترون ، ولكن إعادة ترتيب النوى كنظم من النوكليونات ، وتحول بعض العناصر الكيميائيةالى الاخرين.

ويكون الدرس مصحوبًا بعرض تقديمي مكون من 21 شريحة (ملحق).

خلال الفصول

تكرار

1. ما هو تكوين النوى الذرية؟

نواة (ذري)- هذا هو الجزء المركزي موجب الشحنة من الذرة ، حيث يتركز 99.96٪ من كتلته. نصف قطر النواة هو ~ 10-15 م ، وهو ما يقرب من مائة ألف مرة أقل من نصف قطر الذرة بأكملها ، محددًا بحجم غلاف الإلكترون الخاص بها.

تتكون النواة الذرية من البروتونات والنيوترونات. يتم الإشارة إلى العدد الإجمالي في النواة بالحرف أويسمى العدد الكتلي. عدد البروتونات في النواة ضيحدد الشحنة الكهربائية للنواة ويتزامن مع العدد الذري للعنصر في النظام الدوري لعناصر D.I. مندليف. يمكن تعريف عدد النيوترونات في النواة بالفرق بين عدد كتلة النواة وعدد البروتونات فيها. العدد الكتلي هو عدد النكليونات في النواة.

2. كيف نفسر استقرار النوى الذرية؟

القوات النوويةهو مقياس لتفاعل النيوكليونات في نواة الذرة. هذه القوى هي التي تحتفظ بالبروتونات المتشابهة في النواة ، مما يمنعها من التشتت تحت تأثير قوى التنافر الكهربائية.

3. تسمية خصائص القوات النووية.

تمتلك القوى النووية عددًا من الخصائص المحددة:

4. ما هي الطاقة النووية الملزمة؟

الطاقة الملزمة للنوى الذريةهو الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة لتقسيم النواة بالكامل إلى نواة فردية. الفرق بين مجموع كتل النيوكليونات (البروتونات والنيوترونات) وكتلة النواة المكونة منها ، مضروبة في مربع سرعة الضوء في الفراغ ، هو الطاقة الرابطة للنيوكليونات في النواة. تسمى طاقة الارتباط لكل نيوكليون طاقة الارتباط المحددة.

5. لماذا لا تساوي كتلة النواة مجموع كتل البروتونات والنيوترونات الموجودة فيها؟

عندما تتشكل النواة من النيوكليونات ، تنخفض طاقة النواة ، ويصاحب ذلك انخفاض في الكتلة ، أي أن كتلة النواة يجب أن تكون أقل من مجموع كتل النوى الفردية التي تشكل هذه النواة.

6. ما هو النشاط الإشعاعي؟

تعلم مواد جديدة.

التفاعل النوويهي عملية تفاعل نواة ذرية مع نواة أخرى أو جسيم أولي ، مصحوبًا بتغيير في تكوين وهيكل A (a ، b) B أو A + a → B + b.

ما هو الشائع وما هو الفرق بين التفاعل النووي والاضمحلال الإشعاعي؟

الخصائص المشتركةالتفاعل النووي والاضمحلال الإشعاعي هو تحول نواة ذرية إلى أخرى.

لكن الاضمحلال الإشعاعييحدث بطريقة عفوية، بدون تأثير خارجي، أ التفاعل النوويمُسَمًّى تأثيرقصف الجسيمات.

أنواع التفاعلات النووية:

• خلال مرحلة تكوين النواة المركبة ؛
• تفاعل نووي مباشر (طاقة تزيد عن 10 ميغا إلكترون فولت) ؛
• تحت تأثير الجسيمات المختلفة: البروتونات ، النيوترونات ، ... ؛
• التوليف النووي
• الانشطار النووي؛
• امتصاص الطاقة وإطلاق الطاقة.

تم إجراء أول تفاعل نووي بواسطة E.Rutherford في عام 1919 في تجارب لاكتشاف البروتونات في منتجات الاضمحلال النووي. قصف رذرفورد ذرات النيتروجين بجزيئات ألفا. عندما اصطدمت الجسيمات ، حدث تفاعل نووي ، والذي تم وفقًا للمخطط التالي:
14 7 N + 4 2 هو → 17 8 O + 1 1 H

شروط حدوث التفاعلات النووية

لكي يحدث تفاعل نووي تحت تأثير جسيم موجب الشحنة ، من الضروري أن يمتلك الجسيم طاقة حركية كافية للتغلب على تأثير قوى التنافر كولوم. يمكن للجسيمات غير المشحونة ، مثل النيوترونات ، أن تخترق النوى الذرية بطاقة حركية صغيرة عشوائية. يمكن أن تستمر التفاعلات النووية عندما تقصف الذرات بجسيمات سريعة الشحن (البروتونات والنيوترونات وجسيمات ألفا والأيونات).

تم تنفيذ أول رد فعل لقصف الذرات بجسيمات سريعة الشحن باستخدام بروتونات عالية الطاقة تم الحصول عليها في المسرع في عام 1932:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

ومع ذلك ، فإن التفاعلات الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة للاستخدام العملي هي التفاعلات التي تحدث أثناء تفاعل النوى مع النيوترونات. نظرًا لأن النيوترونات خالية من الشحنة ، فيمكنها اختراق النوى الذرية بسهولة والتسبب في تحولاتها. كان الفيزيائي الإيطالي البارز إي. فيرمي أول من درس التفاعلات التي تسببها النيوترونات. اكتشف أن التحولات النووية لا تنتج فقط عن السرعة ، ولكن أيضًا عن طريق النيوترونات البطيئة التي تتحرك بسرعات حرارية.

لحدوث تفاعل نووي موجب الشحنةتحتاج الجسيمات إلى للجسيم طاقة حركية، كافية ل التغلب على عمل قوى صد كولوم. يمكن للجسيمات غير المشحونة ، مثل النيوترونات ، أن تخترق النوى الذرية بطاقة حركية صغيرة عشوائية.

مسرعات الجسيمات(مشاركة طالب)

من أجل اختراق أسرار العالم المصغر ، اخترع الإنسان المجهر. بمرور الوقت ، اتضح أن قدرات المجاهر الضوئية محدودة للغاية - فهي لا تسمح لك "بالنظر" من أعماق الذرات. لهذه الأغراض ، ليس أشعة الضوء ، ولكن تبين أن حزم الجسيمات المشحونة أكثر ملاءمة. لذلك ، في التجارب الشهيرة لـ E.Rutherford ، تم استخدام تيار من جسيمات ألفا المنبعثة من المستحضرات المشعة. ومع ذلك ، فإن المصادر الطبيعية للجسيمات (المواد المشعة) تنتج حزمًا منخفضة الكثافة للغاية ، وتبين أن طاقة الجسيمات منخفضة نسبيًا ، بالإضافة إلى أن هذه المصادر لا يمكن السيطرة عليها. لذلك ، نشأت مشكلة إنشاء مصادر اصطناعية للجسيمات المشحونة المتسارعة. وتشمل هذه ، على وجه الخصوص ، المجاهر الإلكترونية التي تستخدم حزم إلكترونية ذات طاقات بترتيب 10 5 eV.

في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، ظهرت أولى مسرعات الجسيمات المشحونة. في هذه التركيبات ، تكتسب الجسيمات المشحونة (الإلكترونات أو البروتونات) ، التي تتحرك في الفراغ تحت تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، كمية كبيرة من الطاقة (تسريع). كلما زادت طاقة الجسيم ، كلما كان طوله الموجي أقصر ، لذا فإن هذه الجسيمات أكثر ملاءمة "لسبر" الأجسام الدقيقة. في الوقت نفسه ، مع زيادة طاقة الجسيم ، يتسع عدد تقاطعات الجسيمات التي تسببها ، مما يؤدي إلى ولادة جسيمات أولية جديدة. يجب ألا يغيب عن البال أن اختراق عالم الذرات والجسيمات الأولية ليس رخيصًا. وكلما زادت الطاقة النهائية للجسيمات المتسارعة ، كانت المعجلات أكثر تعقيدًا وكبرًا ؛ يمكن أن يصل حجمها إلى عدة كيلومترات. المسرعات الموجودة تجعل من الممكن الحصول على حزم من الجسيمات المشحونة مع طاقات من عدة MeV إلى مئات GeV. تصل شدة حزم الجسيمات إلى 10 15-10 16 جسيمًا في الثانية ؛ في هذه الحالة ، يمكن تركيز الحزمة على هدف بمساحة بضعة ملليمترات مربعة فقط. الجسيمات الأكثر استخدامًا هي البروتونات والإلكترونات.

تم تصميم أقوى وأغلى المسرعات لأغراض علمية بحتة - للحصول على جسيمات جديدة ودراستها ، ودراسة التقابلات بين الجسيمات. تُستخدم مسرعات الطاقة المنخفضة نسبيًا على نطاق واسع في الطب والتكنولوجيا لعلاج مرضى السرطان ، لإنتاج النظائر المشعة ، لتحسين خصائص المواد البوليمرية ، ولأغراض أخرى عديدة.

يمكن تقسيم الأنواع المتنوعة الموجودة من المسرعات إلى أربع مجموعات: مسرعات العمل المباشر ، والمسرعات الخطية ، والمسرعات الدورية ، ومسرعات الحزمة المتصادمة.

أين توجد المعززات؟ في دوبنا(المعهد المشترك للأبحاث النووية) تحت قيادة V.I.Veksler في عام 1957 قام ببناء سنكروفازوترون. في سربوخوف- سنكروفازوترون ، طول حجرة الفراغ الحلقي ، الواقعة في مجال مغناطيسي ، 1.5 كم ؛ طاقة البروتون 76 جيجا إلكترون فولت. في نوفوسيبيرسك(معهد الفيزياء النووية) تحت قيادة GI Budker ، تم تشغيل مسرعات تصادم حزم الإلكترون والإلكترون والبوزيترون (حزم 700 MeV و 7 GeV). في أوروبا (سيرن ، سويسرا - فرنسا) هناك مسرعات مع 30 حزمة بروتون تصادم GeV و 270 GeV بروتون - بروتون مضاد. حاليًا ، أثناء بناء مصادم الهادرون الكبير (LHC) على حدود سويسرا وفرنسا ، منعطفأعمال البناء - تركيب مغناطيس فائق التوصيل لمسرع الجسيمات الأولية.

يجري بناء المصادم في نفق محيطه 26650 مترًا على عمق حوالي مائة متر. كان من المقرر إجراء أول اختبار تصادمات في المصادم في نوفمبر 2007 ، ومع ذلك ، ما حدث خلال ذلك عمل الاختبارسيؤدي فشل أحد المغناطيسات إلى بعض التأخير في جدول تشغيل المصنع. تم تصميم مصادم الهادرونات الكبير للبحث عن الجسيمات الأولية ودراستها. بمجرد إطلاقه ، سيكون المصادم LHC أقوى مسرع للجسيمات في العالم ، متجاوزًا أقرب منافسيه بما يقارب الترتيب من حيث الحجم. استمر بناء المجمع العلمي لمصادم الهادرونات الكبير لأكثر من 15 عامًا. يشارك في هذا العمل أكثر من 10 آلاف شخص من 500 مركز بحث حول العالم.

التفاعلات النووية مصحوبة بتحولات في الطاقة. انتاج الطاقةيسمى التفاعل النووي القيمة:
س = (مأ + مب- مج- مد) ج 2 = ∆ مولودية 2 ، أين مأ و م B هي كتل المنتجات الأولية ، مج و م D هي كتل نواتج التفاعل النهائي. القيمة Δ ممُسَمًّى عيب في الكتلة. يمكن أن تستمر التفاعلات النووية مع الإطلاق ( س> 0) أو مع امتصاص الطاقة ( س < 0). Во втором случае первоначальная الطاقة الحركيةيجب أن تتجاوز المنتجات المصدر القيمة | س| ، وهو ما يسمى عتبة رد الفعل.

من أجل تفاعل نووي ليكون له مردود إيجابي من الطاقة ، طاقة ربط محددةيجب أن تكون النوكليونات في نوى المنتجات الأولية أقل من طاقة الارتباط المحددة للنيوكليونات في نوى المنتجات النهائية. هذا يعني أن القيمة Δ ميجب أن تكون إيجابية.

آلية التفاعلات النووية

مرحلتان من التفاعل النووي:

• امتصاص الجسيم بواسطة نواة وتشكيل نواة مثارة. تتوزع الطاقة بين جميع نوى النواة ، بينما لكل منها طاقة أقل من طاقة الارتباط المحددة ، ولا يمكنها اختراق النواة. تتبادل النيوكليونات الطاقة مع بعضها البعض ، ويمكن تركيز الطاقة الكافية للتغلب على قوى الترابط النووي والإفراج من النواة على إحداها أو على مجموعة من النوى.
• يحدث انبعاث جسيم من النواة مثل تبخر جزيء من سطح قطرة سائلة. الفترة الزمنية من لحظة امتصاص النواة للجسيم الأساسي إلى لحظة انبعاث الجسيم الثانوي حوالي 10-12 ثانية.

قوانين الحفظ في التفاعلات النووية

أثناء التفاعلات النووية ، عدة قوانين الحفظ: الزخم ، الطاقة ، الزخم الزاوي ، الشحنة. بالإضافة إلى هذه القوانين الكلاسيكية ، تخضع التفاعلات النووية لما يسمى بقانون الحفظ تهمة الباريون(أي عدد النيوكليونات - البروتونات والنيوترونات). كما يوجد عدد من قوانين الحفظ الأخرى الخاصة بالفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات الأولية.

1. ما هو التفاعل النووي؟
2. ما هو الفرق بين التفاعل النووي والتفاعل الكيميائي؟
3. لماذا تشتت نوى الهليوم المتكونة في اتجاهين متعاكسين؟
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. هل التفاعل النووي الناتج عن انبعاث جسيم ألفا هو نواة؟
5. أضف التفاعلات النووية:
   • 9 4 كن + 1 1 H → 10 5 B +؟
   • 14 7 N +؟ → 14 6 ج + 1 1 ص
   • 14 7 N + 4 2 هو →؟ + 1 ح
   • 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P +؟ (1934 تلقت إيرين كوري وفريدريك جوليو كوري نظيرًا مشعًا للفوسفور)
   • ؟ + 4 2 He → 30 14 Si + 1 1 ص
6. حدد إنتاجية الطاقة للتفاعل النووي.
   14 7 N + 4 2 هو → 17 8 O + 1 1 H
   كتلة ذرة النيتروجين 14.003074 amu ، ذرة الأكسجين 16.999133 amu ، ذرة الهيليوم 4.002603 amu ، ذرة الهيدروجين 1.007825 amu.

عمل مستقل

الخيار 1

1.

1. ألومنيوم (27 13 Al) يلتقط نيوترونًا ويصدر جسيم ألفا ؛
2. يتم قصف النيتروجين (14 7 نيوتن) بواسطة جسيمات ألفا ويصدر بروتونًا.

2.

1. 35 17 Cl + 1 0 n → 1 1 p +
2. 13 6 C + 1 1 ص →
3. 7 3 Li + 1 1 p → 2
4. 10 5 ب + 4 2 هو → 1 0 ن +
5. 24 12 ملغ + 4 2 هو → 27 14 سي +
6. 56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

الإجابات: أ) 13 7 N ؛ ب) 1 1 ص ؛ ج) 1 0 ن ؛ د) 14 7 N ؛ هـ) 4 2 هو. و) 35 16 ثانية

3.

1. 7 3 Li + 1 0 n → 4 2 He + 13H ؛
2. 9 4 كن + 4 2 هو → 1 0 ن + 13 6 ج.

الخيار 2

1. اكتب معادلات التفاعلات النووية التالية:

1. يلتقط الفوسفور (31 15 ف) نيوترونًا ويصدر بروتونًا ؛
2. الألمنيوم (27 13 Al) يقصف بالبروتونات وينبعث منه جسيم ألفا.

2. أكمل معادلة التفاعل النووي:

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

الإجابات: أ) 4 2 هو ؛ ب) 18 9 F ؛ ج) 14 7 N ؛ د) 1 0 ن ؛ ه) γ ؛ و) 1 1 ص

3. تحديد إنتاجية الطاقة للتفاعلات:

1. 6 3 لي + 1 1 ص → 4 2 هو + 3 2 هو ؛
2. 19 9 ف + 1 1 ص → 4 2 هو + 16 8 س.

بعد القيام عمل مستقليتم إجراء الفحص الذاتي.

الواجب المنزلي: رقم 1235 - 1238. (A.P. Rymkevich)