Πυρηνικές αντιδράσεις (προβλήματα). Πυρηνικές αντιδράσεις (καθήκοντα) Εκμάθηση νέου υλικού

1. Να αναφέρετε πολλές πυρηνικές αντιδράσεις στις οποίες μπορεί να σχηματιστεί το ισότοπο 8 Be.

2. Ποια είναι η ελάχιστη κινητική ενέργεια στο εργαστηριακό σύστημα T min που πρέπει να έχει ένα νετρόνιο για να καταστεί δυνατή η αντίδραση 16 O(n,α) 13 C;

3. Είναι η αντίδραση 6 Li(d,α) 4 He ενδόθερμη ή εξώθερμη; Δίνονται οι ειδικές ενέργειες δέσμευσης των πυρήνων σε MeV: ε(d) = 1,11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33.

4. Προσδιορίστε τα κατώφλια Tpore για αντιδράσεις φωτοδιάσπασης 12 C.

1. γ + 12 C → 11 C + n
2. γ + 12 C → 11 B + p
3. γ + 14 C → 12 C + n + n

5. Προσδιορίστε τα κατώφλια αντίδρασης: 7 Li(p,α) 4 He και 7 Li(p,γ) 8 Be.

6. Προσδιορίστε την ελάχιστη ενέργεια που πρέπει να έχει ένα πρωτόνιο για να καταστεί δυνατή η αντίδραση p + d → p + p + n. Οι περιττές μάζες δίνονται. Δ(1 Η) = 7,289 MeV, Δ(2 Η) = 13,136 MeV,
Δ(n) = 8,071 MeV.

7. Είναι πιθανές αντιδράσεις;

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

υπό την επίδραση σωματιδίων α με κινητική ενέργεια Τ = 10 MeV;

8. Προσδιορίστε το σωματίδιο X και υπολογίστε τις ενέργειες αντίδρασης Q στις ακόλουθες περιπτώσεις:

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. Ποια ελάχιστη ενέργεια T min πρέπει να έχει ένα δευτερόνιο για να διεγείρει μια κατάσταση με ενέργεια E exc = 1,75 MeV ως αποτέλεσμα ανελαστικής σκέδασης σε πυρήνα 10 B;

10. Υπολογίστε το κατώφλι της αντίδρασης: 14 N + α → 17 O + p, σε δύο περιπτώσεις, εάν το προσπίπτον σωματίδιο είναι:
1) α-σωματίδιο,
2) Πυρήνας 14 Ν. Ενέργεια αντίδρασης Q = 1,18 MeV. Εξηγήστε το αποτέλεσμα.

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

12. Ποιοι πυρήνες μπορούν να σχηματιστούν ως αποτέλεσμα αντιδράσεων υπό τη δράση: 1) πρωτονίων με ενέργεια 10 MeV σε στόχο 7 Li; 2) 7 πυρήνες Li με ενέργεια 10 MeV σε στόχο υδρογόνου;

13. Ο πυρήνας 7 LI συλλαμβάνει ένα αργό νετρόνιο και εκπέμπει ένα γ-κβάντο. Ποια είναι η ενέργεια ενός γ-κβαντικού;

14. Προσδιορίστε στο εργαστηριακό σύστημα την κινητική ενέργεια του πυρήνα 9 Be που σχηματίζεται στην τιμή κατωφλίου της ενέργειας νετρονίων στην αντίδραση 12 C(n,α) 9 Be.

15. Όταν ένας στόχος από φυσικό βόριο ακτινοβολήθηκε, παρατηρήθηκε η εμφάνιση ραδιενεργών ισοτόπων με χρόνο ημιζωής 20,4 min και 0,024 s. Ποια ισότοπα σχηματίστηκαν; Ποιες αντιδράσεις οδήγησαν στο σχηματισμό αυτών των ισοτόπων;

16. Ένας φυσικός στόχος βορίου βομβαρδίζεται με πρωτόνια. Μετά το τέλος της ακτινοβολίας, ο ανιχνευτής σωματιδίων κατέγραψε δραστηριότητα 100 Bq. Μετά από 40 λεπτά, η δραστηριότητα του δείγματος μειώθηκε σε ~25 Bq. Ποια είναι η πηγή της δραστηριότητας; Τι πυρηνική αντίδραση συμβαίνει;

17. Ένα σωματίδιο α με κινητική ενέργεια T = 10 MeV υφίσταται ελαστική μετωπική σύγκρουση με πυρήνα 12 C. Προσδιορίστε την κινητική ενέργεια σε h.p. πυρήνες 12 C T C μετά τη σύγκρουση.

18. Προσδιορίστε τη μέγιστη και την ελάχιστη ενέργεια των πυρήνων 7 Be που σχηματίστηκαν στην αντίδραση
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) υπό τη δράση επιταχυνόμενων πρωτονίων με ενέργεια T p = 5 MeV.

19. -Τα σωματίδια που εκπέμπονται υπό γωνία θ ανελαστική = 30 0 ως αποτέλεσμα της αντίδρασης της ανελαστικής σκέδασης με τη διέγερση της κατάστασης του πυρήνα 12 C με ενέργεια E ex = 4,44 MeV έχουν την ίδια ενέργεια σε hp με αυτά που είναι ελαστικά διασκορπισμένα στο ίδιος πυρήνας α- σωματίδια υπό γωνία θ έλεγχος = 45 0 . Προσδιορίστε την ενέργεια των σωματιδίων α που προσπίπτουν στο στόχο.

20. Τα α-σωματίδια με ενέργεια T = 5 MeV αλληλεπιδρούν με τον ακίνητο πυρήνα 7 Li. Προσδιορίστε τη ροπή στο s.c.i., που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της αντίδρασης 7 Li(α,n) 10 B του νετρονίου p α και του πυρήνα 10 B p Be .

21. Χαμηλά διεγερμένες καταστάσεις των 35 Cl (1.219; 1.763; 2.646; 2.694; 3.003; 3.163 MeV) μελετώνται χρησιμοποιώντας την αντίδραση 32 S(α,p) 35Cl. Ποια από αυτές τις καταστάσεις θα διεγερθεί από μια δέσμη σωματιδίων α με ενέργεια 5,0 MeV; Προσδιορίστε τις ενέργειες των πρωτονίων που παρατηρούνται σε αυτή την αντίδραση σε γωνίες 0 0 και 90 0 σε E = 5,0 MeV.

22. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα παλμών, λάβετε τη σχέση μεταξύ των γωνιών σε hp. και s.c.i.

23. Ένα πρωτόνιο με κινητική ενέργεια T a = 5 MeV χτυπά τον πυρήνα 1 H και διασκορπίζεται ελαστικά πάνω του. Προσδιορίστε την ενέργεια T B και τη γωνία σκέδασης θ B του πυρήνα ανάκρουσης 1 H εάν η γωνία σκέδασης πρωτονίων θ b = 30 0 .

24. Η αντίδραση t(d,n)α χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή νετρονίων. Προσδιορίστε την ενέργεια των νετρονίων T n που εκπέμπονται υπό γωνία 90 0 σε μια γεννήτρια νετρονίων χρησιμοποιώντας δευτερόνια επιταχυνόμενα σε ενέργεια T d = 0,2 MeV.

25. Η αντίδραση 7 Li(p,n) 7 Be χρησιμοποιείται για την παραγωγή νετρονίων. Η ενέργεια πρωτονίων T p = 5 MeV. Το πείραμα απαιτεί νετρόνια με ενέργεια T n = 1,75 MeV. Σε ποια γωνία θ n σε σχέση με την κατεύθυνση της δέσμης πρωτονίων θα πετάξουν έξω τα νετρόνια με τέτοια ενέργεια; Ποια θα είναι η διασπορά των ενεργειών νετρονίων ΔT εάν επιλεχθούν χρησιμοποιώντας έναν ρυθμιστή 1 cm που βρίσκεται σε απόσταση 10 cm από τον στόχο.

26. Προσδιορίστε την τροχιακή ορμή του τριτίου l t , που σχηματίστηκε στην αντίδραση 27 Al(,t) 28 Si, αν η τροχιακή ορμή του προσπίπτοντος σωματιδίου α είναι l α = 0.

27. Σε ποια σχετική τροχιακή γωνιακή ροπή του πρωτονίου είναι δυνατή η πυρηνική αντίδραση p + 7 Li → 8 Be * → α + α;

28. Με ποιες τροχιακές ροπές l p μπορούν να πετάξουν τα πρωτόνια στην αντίδραση 12 C(,p) 11 B, εάν: 1) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση και το E2-φωτόνιο απορροφήθηκε. 2) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στην κατάσταση 1/2 + και το φωτόνιο Μ1 απορροφάται. 3) ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση, αλλά το φωτόνιο Ε1 απορροφήθηκε;

29. Ως αποτέλεσμα της απορρόφησης ενός -κβαντικού από τον πυρήνα, εκπέμπεται ένα νετρόνιο με τροχιακή ορμή l n = 2. Προσδιορίστε την πολυπολικότητα του -κβαντικού αν ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

30. Ο πυρήνας των 12 C απορροφά ένα γ-κβάντο, με αποτέλεσμα ένα πρωτόνιο να πετάει προς τα έξω με τροχιακή ροπή l = 1. Προσδιορίστε την πολυπολικότητα του απορροφούμενου γ-κβαντικού αν ο τελικός πυρήνας σχηματίζεται στη θεμελιώδη κατάσταση;

31. Προσδιορίστε την τροχιακή ροπή του δευτερονίου l d στην αντίδραση λήψης 15 N(n,d) 14 C εάν η τροχιακή ροπή του νετρονίου είναι l n = 0.

33. Ο πυρήνας των 40 Ca απορροφά το γ-κβάντο Ε1. Ποιες μεταβάσεις ενός σωματιδίου είναι δυνατές;

34. Ο πυρήνας των 12 C απορροφά το γ-κβάντο Ε1. Ποιες μεταβάσεις ενός σωματιδίου είναι δυνατές;

35. Είναι δυνατόν να διεγείρουμε μια κατάσταση με χαρακτηριστικά J P = 2 + , I = 1 στην αντίδραση ανελαστικής σκέδασης δευτερονίων σε πυρήνα 10 V;

36. Υπολογίστε τη διατομή σκέδασης για ένα σωματίδιο με ενέργεια 3 MeV στο πεδίο Coulomb του πυρήνα 238 U στο εύρος γωνιών από 150 0 έως 170 0 .

37. Μια πλάκα χρυσού με πάχος d = 0,1 mm ακτινοβολείται από μια δέσμη σωματιδίων α με ένταση N 0 = 10 3 σωματίδια/s. Κινητική ενέργεια -σωματιδίων T = 5 MeV. Πόσα α-σωματίδια ανά μονάδα στερεάς γωνίας πέφτουν ανά δευτερόλεπτο σε έναν ανιχνευτή που βρίσκεται υπό γωνία = 170 0 ; Η πυκνότητα του χρυσού είναι ρ = 19,3 g/cm 3 .

38. Μια ευθυγραμμισμένη δέσμη σωματιδίων α με ενέργεια T = 10 MeV προσπίπτει κάθετα σε φύλλο χαλκού με πάχος δ = 1 mg/cm 2 . Τα σωματίδια διασκορπισμένα υπό γωνία = 30 καταγράφονται από έναν ανιχνευτή με εμβαδόν S = 1 cm 2 που βρίσκεται σε απόσταση l = 20 cm από τον στόχο. Ποιο κλάσμα του συνολικού αριθμού των διάσπαρτων σωματιδίων α θα καταγραφεί από τον ανιχνευτή;

39. Κατά τη μελέτη της αντίδρασης 27 Al(p,d) 26 Al υπό τη δράση πρωτονίων με ενέργεια T p = 62 MeV στο φάσμα δευτερονίων που μετράται υπό γωνία θ d = 90 χρησιμοποιώντας ανιχνευτή στερεάς γωνίας
dΩ = 2·10 -4 sr, παρατηρήθηκαν κορυφές με ενέργειες T d = 45,3; 44,32; 40,91 MeV. Με ένα συνολικό φορτίο πρωτονίων q = 2,19 mC να πέφτει σε ένα στόχο δ = 5 mg/cm2 πάχους, ο αριθμός των μετρήσεων Ν σε αυτές τις κορυφές ήταν 5180, 1100 και 4570, αντίστοιχα. Προσδιορίστε τις ενέργειες των επιπέδων του πυρήνα 26 Al, η διέγερση του οποίου παρατηρήθηκε σε αυτή την αντίδραση. Υπολογίστε τις διαφορικές διατομές dσ/dΩ για αυτές τις διεργασίες.

40. Η ολοκληρωμένη διατομή της αντίδρασης 32 S(γ,p) 31 P με το σχηματισμό του τελικού πυρήνα 31 P στη θεμελιώδη κατάσταση σε ενέργεια προσπίπτοντος γ-κβάντα ίση με 18 MeV είναι 4 mb. Υπολογίστε την ολοκληρωμένη διατομή της αντίστροφης αντίδρασης 31 P(p,γ) 32 S που αντιστοιχεί στην ίδια ενέργεια διέγερσης του πυρήνα 32 S όπως στην αντίδραση 32 S(γ,p) 31 P. Λάβετε υπόψη ότι αυτή η διέγερση είναι αφαιρέθηκε λόγω της μετάβασης γ στη βασική κατάσταση.

41. Υπολογίστε την ένταση της δέσμης νετρονίων J που χρησιμοποιήθηκε για την ακτινοβόληση μιας πλάκας 55 Mn με πάχος d = 0,1 cm για διακριτικότητα = 15 min, αν μετά από tcool = 150 λεπτά μετά το τέλος της ακτινοβολίας η δραστηριότητά της I ήταν 2100 Bq. Ο χρόνος ημιζωής των 56 Mn είναι 2,58 ώρες, η διατομή ενεργοποίησης είναι σ = 0,48 b και η πυκνότητα του υλικού της πλάκας είναι ρ = 7,42 g/cm3.

42. Η διαφορική διατομή της αντίδρασης dσ/dΩ υπό γωνία 90 0 είναι 10 mb/sr. Υπολογίστε την τιμή της ακέραιης διατομής αν η γωνιακή εξάρτηση της διαφορικής διατομής έχει τη μορφή 1+2sinθ.

43. Η σκέδαση αργών (T n 1 keV) νετρονίων από έναν πυρήνα είναι ισότροπη. Πώς μπορεί να εξηγηθεί αυτό το γεγονός;

44. Προσδιορίστε την ενέργεια διέγερσης ενός σύνθετου πυρήνα που σχηματίζεται όταν ένα α-σωματίδιο με ενέργεια T = 7 MeV δεσμεύεται από έναν σταθερό πυρήνα 10 V.

45. Στη διατομή της αντίδρασης 27 Al (α,р) 30 Si, παρατηρούνται μέγιστα σε ενέργειες των α-σωματιδίων T 3.95; 4,84 και 6,57 MeV. Προσδιορίστε τις ενέργειες διέγερσης του σύνθετου πυρήνα που αντιστοιχούν στα μέγιστα στη διατομή.

46. Με ποια τροχιακή ορμή μπορούν να διασκορπιστούν πρωτόνια με T p = 2 MeV στον πυρήνα 112 Sn;

47. Υπολογίστε τη διατομή για το σχηματισμό σύνθετου πυρήνα στην αλληλεπίδραση νετρονίων με κινητική ενέργεια T n = 1 eV με πυρήνες χρυσού 197 Au.

48. Υπολογίστε τη διατομή για το σχηματισμό σύνθετου πυρήνα στην αλληλεπίδραση νετρονίων με κινητική ενέργεια T n = 30 MeV με πυρήνες χρυσού 197 Au.

Θεωρία:Οι πυρηνικές αντιδράσεις υπακούουν στους νόμους της διατήρησης της μάζας και του φορτίου.
Η συνολική μάζα πριν από την αντίδραση είναι ίση με τη συνολική μάζα μετά την αντίδραση, το συνολικό φορτίο πριν από την αντίδραση ισούται με το συνολικό φορτίο μετά την αντίδραση.
Για παράδειγμα:
Τα ισότοπα είναι ποικιλίες ενός δεδομένου χημικού στοιχείου που διαφέρουν ως προς τη μάζα των ατομικών πυρήνων. εκείνοι. Οι αριθμοί μάζας είναι διαφορετικοί, αλλά οι αριθμοί χρέωσης είναι ίδιοι.

Το σχήμα δείχνει την αλυσίδα μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε μόλυβδο-206. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα στο σχήμα, επιλέξτε τις δύο σωστές προτάσεις από την προτεινόμενη λίστα δηλώσεων. Καταγράψτε τους αριθμούς τους.

1) Στην αλυσίδα των μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε σταθερό μόλυβδο-206, απελευθερώνονται έξι πυρήνες ηλίου.
2) Το Πολώνιο-214 έχει τον μικρότερο χρόνο ημιζωής στην παρουσιαζόμενη αλυσίδα ραδιενεργών μετασχηματισμών.
3) Ο μόλυβδος με ατομική μάζα 206 υφίσταται αυθόρμητη διάσπαση άλφα.
4) Το ουράνιο-234, σε αντίθεση με το ουράνιο-238, είναι ένα σταθερό στοιχείο.
5) Ο αυθόρμητος μετασχηματισμός του βισμούθου-210 σε πολώνιο-210 συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου.
Λύση: 1) Στην αλυσίδα των μετασχηματισμών του ουρανίου-238 σε σταθερό μόλυβδο-206, απελευθερώνονται όχι έξι, αλλά οκτώ πυρήνες ηλίου.
2) Το Πολώνιο-214 έχει τον μικρότερο χρόνο ημιζωής στην παρουσιαζόμενη αλυσίδα ραδιενεργών μετασχηματισμών. Το διάγραμμα δείχνει ότι το πολώνιο-214 έχει τον μικρότερο χρόνο
3) Ο μόλυβδος με ατομική μάζα 206 δεν παρουσιάζει αυθόρμητη διάσπαση άλφα, είναι σταθερός.
4) Το ουράνιο-234, σε αντίθεση με το ουράνιο-238, δεν είναι σταθερό στοιχείο.
5) Ο αυθόρμητος μετασχηματισμός του βισμούθου-210 σε πολώνιο-210 συνοδεύεται από την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου. Δεδομένου ότι ένα σωματίδιο βήτα έχει απελευθερωθεί.
Απάντηση: 25
Εργασία OGE στη φυσική (fipi):Ποιο σωματίδιο Χ απελευθερώθηκε ως αποτέλεσμα της αντίδρασης;

Λύση:μάζα πριν την αντίδραση 14 + 4 = 18 π.μ., φορτίο 7e + 2e = 9e, για να εκπληρωθεί ο νόμος διατήρησης της μάζας και του φορτίου, το σωματίδιο Χ πρέπει να έχει 18 - 17 = 1 π.μ. και 9e - 8e = 1e, επομένως το σωματίδιο Χ είναι πρωτόνιο.
Απάντηση: 4
Εργασία OGE στη φυσική (fipi):Ο πυρήνας του θορίου μετατράπηκε σε πυρήνα ραδίου. Τι σωματίδιο εκπέμπεται από τον πυρήνα του θορίου;


3) α-σωματίδιο
4) β-σωματίδιο
Λύση:Η μάζα άλλαξε κατά 4 και το φορτίο κατά 2, επομένως, ο πυρήνας του θορίου εξέπεμπε ένα α-σωματίδιο.
Απάντηση: 3
Εργασία OGE στη φυσική (fipi):

1) σωματίδιο άλφα
2) ηλεκτρόνιο

Λύση:Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του στοιχείου είναι 4 και το φορτίο είναι 2, επομένως, αυτό είναι ένα σωματίδιο άλφα.
Απάντηση: 1
Εργασία OGE στη φυσική (fipi):

1) σωματίδιο άλφα
2) ηλεκτρόνιο

Λύση:Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του στοιχείου είναι 1 και το φορτίο είναι 0, επομένως, αυτό είναι ένα νετρόνιο.
Απάντηση: 4
Εργασία OGE στη φυσική (fipi):

3) ηλεκτρόνιο
4) σωματίδιο άλφα
Λύση:ένα σωματίδιο γάμμα δεν έχει ούτε μάζα ούτε φορτίο, επομένως, ένα άγνωστο σωματίδιο έχει μάζα και φορτίο ίσο με 1, ένα άγνωστο σωματίδιο είναι ένα πρωτόνιο.
Απάντηση: 1
Όταν ένα νετρόνιο συλλαμβάνεται από έναν πυρήνα, παράγεται ένα ραδιενεργό ισότοπο. Κατά τη διάρκεια αυτού του πυρηνικού μετασχηματισμού,

4) ηλεκτρόνιο
Λύση:Ας γράψουμε την αντίδραση σύλληψης
+ -> + ? .
Χρησιμοποιώντας το νόμο της διατήρησης της μάζας και του φορτίου, βλέπουμε ότι η μάζα του άγνωστου στοιχείου είναι 4 και το φορτίο είναι 2, επομένως, αυτό είναι ένα σωματίδιο άλφα.

Ενότητες: Η φυσικη

Τάξη: 11

Στόχοι μαθήματος: εξοικείωση των μαθητών με τις πυρηνικές αντιδράσεις, με τις διαδικασίες αλλαγής των ατομικών πυρήνων, τη μετατροπή κάποιων πυρήνων σε άλλους υπό τη δράση μικροσωματιδίων. Τονίστε ότι δεν πρόκειται σε καμία περίπτωση για χημικές αντιδράσεις σύνδεσης και διαχωρισμού ατόμων στοιχείων μεταξύ τους, που επηρεάζουν μόνο τα κελύφη ηλεκτρονίων, αλλά για την αναδιάταξη των πυρήνων ως συστήματα νουκλεονίων, τον μετασχηματισμό ορισμένων χημικά στοιχείασε άλλους.

Το μάθημα συνοδεύεται από παρουσίαση 21 διαφανειών (Παράρτημα).

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων

Επανάληψη

1. Ποια είναι η σύσταση των ατομικών πυρήνων;

ΠΥΡΗΝΑΣ (ατομικός)- Αυτό είναι το θετικά φορτισμένο κεντρικό τμήμα του ατόμου, στο οποίο συγκεντρώνεται το 99,96% της μάζας του. Η ακτίνα του πυρήνα είναι ~10–15 m, που είναι περίπου εκατό χιλιάδες φορές μικρότερη από την ακτίνα ολόκληρου του ατόμου, που καθορίζεται από το μέγεθος του κελύφους ηλεκτρονίων του.

Ο ατομικός πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Ο συνολικός αριθμός τους στον πυρήνα συμβολίζεται με το γράμμα ΕΝΑκαι ονομάζεται μαζικός αριθμός. Αριθμός πρωτονίων στον πυρήνα Ζκαθορίζει το ηλεκτρικό φορτίο του πυρήνα και συμπίπτει με τον ατομικό αριθμό του στοιχείου στο περιοδικό σύστημα στοιχείων του Δ.Ι. Μεντελέεφ. Ο αριθμός των νετρονίων σε έναν πυρήνα μπορεί να οριστεί ως η διαφορά μεταξύ του μαζικού αριθμού του πυρήνα και του αριθμού των πρωτονίων σε αυτόν. Ο μαζικός αριθμός είναι ο αριθμός των νουκλεονίων στον πυρήνα.

2. Πώς εξηγείται η σταθερότητα των ατομικών πυρήνων;

ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣείναι ένα μέτρο της αλληλεπίδρασης των νουκλεονίων σε έναν ατομικό πυρήνα. Είναι αυτές οι δυνάμεις που συγκρατούν παρόμοια φορτισμένα πρωτόνια στον πυρήνα, εμποδίζοντάς τα να διασκορπιστούν υπό τη δράση ηλεκτρικών απωθητικών δυνάμεων.

3. Να ονομάσετε τις ιδιότητες των πυρηνικών δυνάμεων.

Οι πυρηνικές δυνάμεις έχουν μια σειρά από συγκεκριμένες ιδιότητες:

4. Τι είναι η πυρηνική δεσμευτική ενέργεια;

ΔΕΣΜΕΥΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝείναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για τον πλήρη διαχωρισμό του πυρήνα σε μεμονωμένα νουκλεόνια. Η διαφορά μεταξύ του αθροίσματος των μαζών των νουκλεονίων (πρωτόνια και νετρόνια) και της μάζας του πυρήνα που αποτελείται από αυτά, πολλαπλασιαζόμενη με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός στο κενό, είναι η ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στον πυρήνα. Η ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο ονομάζεται ενέργεια ειδικής δέσμευσης.

5. Γιατί η μάζα του πυρήνα δεν είναι ίση με το άθροισμα των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων που περιλαμβάνονται σε αυτόν;

Όταν σχηματίζεται ένας πυρήνας από νουκλεόνια, η ενέργεια του πυρήνα μειώνεται, η οποία συνοδεύεται από μείωση της μάζας, δηλαδή, η μάζα του πυρήνα πρέπει να είναι μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των μεμονωμένων νουκλεονίων που σχηματίζουν αυτόν τον πυρήνα.

6. Τι είναι η ραδιενέργεια;

Εκμάθηση νέου υλικού.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗείναι η διαδικασία αλληλεπίδρασης ενός ατομικού πυρήνα με έναν άλλο πυρήνα ή στοιχειώδες σωματίδιο, που συνοδεύεται από αλλαγή στη σύσταση και τη δομή του Α (α, β) Β ή Α + α → Β + β.

Τι είναι κοινό και ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας πυρηνικής αντίδρασης και της ραδιενεργής διάσπασης;

κοινό χαρακτηριστικόπυρηνική αντίδραση και ραδιενεργή διάσπαση είναι η μετατροπή ενός ατομικού πυρήνα σε άλλο.

Αλλά ραδιενεργή διάσπασησε εξέλιξη αυθόρμητα, χωρίς εξωτερική επιρροή, ΕΝΑ πυρηνική αντίδρασηπου ονομάζεται επίπτωσηβομβαρδιστικό σωματίδιο.

Τύποι πυρηνικών αντιδράσεων:

• μέσω του σταδίου σχηματισμού του σύνθετου πυρήνα.
• άμεση πυρηνική αντίδραση (ενέργεια μεγαλύτερη από 10 MeV).
• κάτω από τη δράση διαφόρων σωματιδίων: πρωτόνια, νετρόνια, ...;
• πυρηνική σύνθεση;
• πυρηνική διάσπαση;
• απορρόφηση ενέργειας και απελευθέρωση ενέργειας.

Η πρώτη πυρηνική αντίδραση πραγματοποιήθηκε από τον E. Rutherford το 1919 σε πειράματα για την ανίχνευση πρωτονίων σε προϊόντα πυρηνικής διάσπασης. Ο Ράδερφορντ βομβάρδισε άτομα αζώτου με σωματίδια άλφα. Όταν τα σωματίδια συγκρούστηκαν, συνέβη μια πυρηνική αντίδραση, η οποία προχώρησε σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Προϋποθέσεις για την εκδήλωση πυρηνικών αντιδράσεων

Για να συμβεί μια πυρηνική αντίδραση υπό τη δράση ενός θετικά φορτισμένου σωματιδίου, είναι απαραίτητο το σωματίδιο να διαθέτει μια κινητική ενέργεια επαρκή για να υπερνικήσει τη δράση των δυνάμεων απώθησης Coulomb. Τα μη φορτισμένα σωματίδια, όπως τα νετρόνια, μπορούν να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες με αυθαίρετα μικρή κινητική ενέργεια. Οι πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να προχωρήσουν όταν τα άτομα βομβαρδίζονται από γρήγορα φορτισμένα σωματίδια (πρωτόνια, νετρόνια, α-σωματίδια, ιόντα).

Η πρώτη αντίδραση βομβαρδισμού ατόμων με γρήγορα φορτισμένα σωματίδια πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας πρωτόνια υψηλής ενέργειας που ελήφθησαν στον επιταχυντή το 1932:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Ωστόσο, οι πιο ενδιαφέρουσες για πρακτική χρήση είναι οι αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την αλληλεπίδραση των πυρήνων με τα νετρόνια. Δεδομένου ότι τα νετρόνια στερούνται φορτίου, μπορούν εύκολα να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες και να προκαλέσουν τους μετασχηματισμούς τους. Ο εξαιρετικός Ιταλός φυσικός Ε. Φέρμι ήταν ο πρώτος που μελέτησε τις αντιδράσεις που προκαλούνται από τα νετρόνια. Ανακάλυψε ότι οι πυρηνικοί μετασχηματισμοί προκαλούνται όχι μόνο από γρήγορα, αλλά και από αργά νετρόνια που κινούνται με θερμικές ταχύτητες.

Για να γίνει πυρηνική αντίδραση θετικά φορτισμένοτα σωματίδια πρέπει να το σωματίδιο έχει κινητική ενέργεια, επαρκής για ξεπερνώντας τη δράση των δυνάμεων απόκρουσης Coulomb. Τα μη φορτισμένα σωματίδια, όπως τα νετρόνια, μπορούν να διεισδύσουν στους ατομικούς πυρήνες με αυθαίρετα μικρή κινητική ενέργεια.

επιταχυντές σωματιδίων(φοιτητική ανάρτηση)

Για να διεισδύσει στα μυστικά του μικρόκοσμου, ο άνθρωπος επινόησε το μικροσκόπιο. Με την πάροδο του χρόνου, αποδείχθηκε ότι οι δυνατότητες των οπτικών μικροσκοπίων είναι πολύ περιορισμένες - δεν σας επιτρέπουν να "κοιτάξετε" από τα βάθη των ατόμων. Για τους σκοπούς αυτούς, όχι οι ακτίνες φωτός, αλλά οι δέσμες φορτισμένων σωματιδίων αποδείχθηκαν πιο κατάλληλες. Έτσι, στα περίφημα πειράματα του E. Rutherford χρησιμοποιήθηκε ένα ρεύμα σωματιδίων α που εκπέμπονταν από ραδιενεργά παρασκευάσματα. Ωστόσο, οι φυσικές πηγές σωματιδίων (ραδιενεργές ουσίες) παράγουν δέσμες πολύ χαμηλής έντασης, η ενέργεια των σωματιδίων αποδεικνύεται σχετικά χαμηλή και, επιπλέον, αυτές οι πηγές είναι ανεξέλεγκτες. Ως εκ τούτου, προέκυψε το πρόβλημα της δημιουργίας τεχνητών πηγών επιταχυνόμενων φορτισμένων σωματιδίων. Αυτά περιλαμβάνουν, ειδικότερα, ηλεκτρονικά μικροσκόπια που χρησιμοποιούν δέσμες ηλεκτρονίων με ενέργειες της τάξης των 10 5 eV.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1930, εμφανίστηκαν οι πρώτοι επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων. Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια ή πρωτόνια), που κινούνται στο κενό υπό τη δράση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, αποκτούν μεγάλη ποσότητα ενέργειας (επιταχύνονται). Όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια ενός σωματιδίου, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματός του, επομένως τέτοια σωματίδια είναι πιο κατάλληλα για «ανιχνευτή» μικροαντικειμένων. Ταυτόχρονα, καθώς αυξάνεται η ενέργεια ενός σωματιδίου, ο αριθμός των αλληλομετατροπών των σωματιδίων που προκαλούνται από αυτό, που οδηγούν στη γέννηση νέων στοιχειωδών σωματιδίων, διευρύνεται. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η διείσδυση στον κόσμο των ατόμων και των στοιχειωδών σωματιδίων δεν είναι φθηνή. Όσο υψηλότερη είναι η τελική ενέργεια των επιταχυνόμενων σωματιδίων, τόσο πιο πολύπλοκοι και μεγάλοι είναι οι επιταχυντές. το μέγεθός τους μπορεί να φτάσει αρκετά χιλιόμετρα. Οι υπάρχοντες επιταχυντές καθιστούν δυνατή τη λήψη δεσμών φορτισμένων σωματιδίων με ενέργειες από αρκετά MeV έως εκατοντάδες GeV. Η ένταση των δεσμών σωματιδίων φτάνει τα 10 15 - 10 16 σωματίδια ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτή την περίπτωση, η δέσμη μπορεί να εστιαστεί σε έναν στόχο με εμβαδόν μόνο μερικών τετραγωνικών χιλιοστών. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σωματίδια είναι τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια.

Οι πιο ισχυροί και ακριβοί επιταχυντές κατασκευάζονται για καθαρά επιστημονικούς σκοπούς - για την απόκτηση και τη μελέτη νέων σωματιδίων, για τη μελέτη των αλληλομετατροπών των σωματιδίων. Οι επιταχυντές σχετικά χαμηλής ενέργειας χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική και την τεχνολογία για τη θεραπεία ασθενών με καρκίνο, για την παραγωγή ραδιενεργών ισοτόπων, για τη βελτίωση των ιδιοτήτων πολυμερών υλικών και για πολλούς άλλους σκοπούς.

Η ποικιλία των υπαρχόντων τύπων επιταχυντών μπορεί να χωριστεί σε τέσσερις ομάδες: επιταχυντές άμεσης δράσης, γραμμικοί επιταχυντές, κυκλικοί επιταχυντές, επιταχυντές δέσμης σύγκρουσης.

Πού βρίσκονται οι ενισχυτές; ΣΕ Ντούμπνα(Κοινό Ινστιτούτο Πυρηνικής Έρευνας) υπό την ηγεσία του V.I.Veksler το 1957 κατασκεύασε ένα synchrophasotron. ΣΕ Σερπούχοφ- συγχροφασότρον, το μήκος του δακτυλιοειδούς θαλάμου κενού του, που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, είναι 1,5 km. ενέργεια πρωτονίων 76 GeV. ΣΕ Νοβοσιμπίρσκ(Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής) υπό την ηγεσία του G.I. Budker, τέθηκαν σε λειτουργία επιταχυντές σε συγκρουόμενες δέσμες ηλεκτρονίων-ηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (δέσμες 700 MeV και 7 GeV). ΣΕ Ευρώπη (CERN, Ελβετία - Γαλλία) υπάρχουν επιταχυντές με δέσμες πρωτονίων 30 GeV που συγκρούονται και δέσμες πρωτονίου-αντιπρωτονίου 270 GeV. Επί του παρόντος, κατά την κατασκευή του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας, ορόσημοοικοδομικές εργασίες - εγκατάσταση υπεραγώγιμων μαγνητών του επιταχυντή στοιχειωδών σωματιδίων.

Ο επιταχυντής κατασκευάζεται σε σήραγγα με περίμετρο 26650 μέτρα σε βάθος περίπου εκατό μέτρων. Οι πρώτες δοκιμαστικές συγκρούσεις στον επιταχυντή είχαν προγραμματιστεί να πραγματοποιηθούν τον Νοέμβριο του 2007, ωστόσο, αυτό που συνέβη κατά τη διάρκεια δοκιμαστική εργασίααστοχία ενός από τους μαγνήτες θα έχει ως αποτέλεσμα κάποια καθυστέρηση στο χρονοδιάγραμμα θέσης σε λειτουργία της εγκατάστασης. Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων έχει σχεδιαστεί για την αναζήτηση και τη μελέτη στοιχειωδών σωματιδίων. Μόλις λανσαριστεί, ο LHC θα είναι ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, ξεπερνώντας τους πλησιέστερους ανταγωνιστές του σχεδόν κατά μια τάξη μεγέθους. Η κατασκευή του επιστημονικού συγκροτήματος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων συνεχίζεται για περισσότερα από 15 χρόνια. Περισσότεροι από 10 χιλιάδες άνθρωποι από 500 ερευνητικά κέντρα σε όλο τον κόσμο συμμετέχουν σε αυτό το έργο.

Οι πυρηνικές αντιδράσεις συνοδεύονται από μετασχηματισμούς ενέργειας. παραγωγή ενέργειαςΗ πυρηνική αντίδραση ονομάζεται τιμή:
Q = (Μ A+ ΜΣΙ- ΜΝΤΟ- ΜΡΕ) ντο 2 = ∆ Mc 2, όπου ΜΑ και Μ B είναι οι μάζες των αρχικών προϊόντων, ΜΓ και Μ D είναι οι μάζες των τελικών προϊόντων αντίδρασης. Τιμή Δ Μπου ονομάζεται μαζικό ελάττωμα. Οι πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να προχωρήσουν με την απελευθέρωση ( Q> 0) ή με απορρόφηση ενέργειας ( Q < 0). Во втором случае первоначальная κινητική ενέργειαΤα προϊόντα προέλευσης πρέπει να υπερβαίνουν την τιμή | Q|, που λέγεται κατώφλι αντίδρασης.

Για να έχει μια πυρηνική αντίδραση θετική ενεργειακή απόδοση, ειδική δεσμευτική ενέργειαΤα νουκλεόνια στους πυρήνες των αρχικών προϊόντων πρέπει να είναι μικρότερα από την ειδική ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στους πυρήνες των τελικών προϊόντων. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή Δ Μπρέπει να είναι θετική.

Μηχανισμός πυρηνικών αντιδράσεων

Δύο στάδια μιας πυρηνικής αντίδρασης:

• απορρόφηση ενός σωματιδίου από έναν πυρήνα και ο σχηματισμός ενός διεγερμένου πυρήνα. Η ενέργεια κατανέμεται σε όλα τα νουκλεόνια του πυρήνα, ενώ το καθένα από αυτά έχει μια ενέργεια που είναι μικρότερη από την ειδική ενέργεια δέσμευσης και δεν μπορούν να διεισδύσουν στον πυρήνα. Τα νουκλεόνια ανταλλάσσουν ενέργεια μεταξύ τους και σε ένα από αυτά ή σε μια ομάδα νουκλεονίων, μπορεί να συγκεντρωθεί ενέργεια επαρκής για να υπερνικήσει τις δυνάμεις του πυρηνικού δεσμού και την απελευθέρωση από τον πυρήνα.
• η εκπομπή ενός σωματιδίου από τον πυρήνα συμβαίνει όπως η εξάτμιση ενός μορίου από την επιφάνεια μιας σταγόνας υγρού. Το χρονικό διάστημα από τη στιγμή της απορρόφησης του πρωτογενούς σωματιδίου από τον πυρήνα έως τη στιγμή της εκπομπής του δευτερογενούς σωματιδίου είναι περίπου 10 -12 s.

Νόμοι διατήρησης στις πυρηνικές αντιδράσεις

Κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων, αρκετές νόμους διατήρησης: ορμή, ενέργεια, γωνιακή ορμή, φορτίο. Εκτός από αυτούς τους κλασικούς νόμους, οι πυρηνικές αντιδράσεις υπακούουν στον λεγόμενο νόμο διατήρησης φορτίο βαρυονίου(δηλαδή ο αριθμός των νουκλεονίων - πρωτονίων και νετρονίων). Ισχύει επίσης μια σειρά από άλλους νόμους διατήρησης που αφορούν την πυρηνική φυσική και τη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων.

1. Τι είναι μια πυρηνική αντίδραση;
2. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ μιας πυρηνικής αντίδρασης και μιας χημικής αντίδρασης;
3. Γιατί οι σχηματισμένοι πυρήνες ηλίου διασκορπίζονται σε αντίθετες κατευθύνσεις;
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. Είναι πυρήνας η πυρηνική αντίδραση που εκπέμπει ένα σωματίδιο α;
5. Προσθέστε πυρηνικές αντιδράσεις:
   • 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
   • 14 7 N + ? → 14 6 C + 1 1p
   • 14 7 N + 4 2 Αυτός → ? + 1 1Η
   • 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934 Η Irene Curie και ο Frederic Joliot-Curie έλαβαν ένα ραδιενεργό ισότοπο φωσφόρου)
   • ? + 4 2 He → 30 14 Si + 1 1 p
6. Προσδιορίστε την ενεργειακή απόδοση της πυρηνικής αντίδρασης.
   14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
   Η μάζα ενός ατόμου αζώτου είναι 14,003074 amu, ενός ατόμου οξυγόνου είναι 16,999133 amu, ενός ατόμου ηλίου είναι 4,002603 amu, ενός ατόμου υδρογόνου είναι 1,007825 amu.

Ανεξάρτητη εργασία

Επιλογή 1

1.

1. Το αλουμίνιο (27 13 Al) συλλαμβάνει ένα νετρόνιο και εκπέμπει ένα σωματίδιο α.
2. άζωτο (14 7 N) βομβαρδίζεται από α-σωματίδια και εκπέμπει ένα πρωτόνιο.

2.

1. 35 17 Cl + 1 0 n → 1 1 p +
2. 13 6 C + 1 1 p →
3. 7 3 Li + 1 1 p → 2
4. 10 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
5. 24 12 Mg + 4 2 He → 27 14 Si +
6. 56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

Απαντήσεις: α) 13 7 N; β) 1 1 p; γ) 1 0 n; δ) 14 7 N; ε) 4 2 Αυτός; στ) 35 16 Σ

3.

1. 7 3 Li + 1 0 n → 4 2 He + 13H;
2. 9 4 Be + 4 2 He → 1 0 n + 13 6 C.

Επιλογή 2

1. Να γράψετε τις εξισώσεις για τις παρακάτω πυρηνικές αντιδράσεις:

1. Ο φώσφορος (31 15 P) συλλαμβάνει ένα νετρόνιο και εκπέμπει ένα πρωτόνιο.
2. το αλουμίνιο (27 13 Al) βομβαρδίζεται από πρωτόνια και εκπέμπει ένα σωματίδιο α.

2. Συμπληρώστε την εξίσωση της πυρηνικής αντίδρασης:

1. 18 8 O + 1 1 p → 1 0 n +
2. 11 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
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 +

Απαντήσεις: α) 4 2 Αυτός; β) 18 9 F; γ) 14 7 Ν; δ) 1 0 n; ε) γ; στ) 1 1 σελ

3. Προσδιορίστε την ενεργειακή απόδοση των αντιδράσεων:

1. 6 3 Li + 1 1 p → 4 2 He + 3 2 He;
2. 19 9 F + 1 1 p → 4 2 He + 16 8 O.

Αφού κάνει ανεξάρτητη εργασίαδιενεργείται αυτοέλεγχος.

Εργασία για το σπίτι: No. 1235 - 1238. (A.P. Rymkevich)