Урок №52 1.Ядерные реакции. 2.Энергия связи атомного ядра. Презентация выполнена учителем МБОУ СОШ №9 г.Ковров Кожевиной Л.Н. 1.Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом Условия : 1) Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил; 2) Частицы должны обладать большой кинетической энергией (…с помощью ускорителей элементарных частиц и ионов) Механизм деления ядра Ядро имеет форму шара. Поглотив альфа-частицу , ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. Ядро разрывается на 2 части. Первые ядерные реакции (Э.Резерфорд, 1919 г.) 4 He → 17 O + 1 H N + 7 2 8 1 14 Э.Резерфорд Первые ядерные реакции Э.Резерфорд, 1932 г. Ядерная реакция на быстрых протонах 7 1 4 → 4 2 2 H e L i + H H e+ 3 1 Ядерные реакции на нейтронах 1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами почти все элементы периодической системы. Нейтроны, не имея заряда, беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. 27 13 1 0 24 Al + n →11 Na + He 4 2 Реакции на быстрых нейтронах. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; 1 n замедляют в обычной воде) 0 Виды ядерных реакций Реакции деленияреакции, в которых из «тяжелых» ядер с большим массовым числом образуются ядра, «средние» по массовому числу, лёгкие ядра (в основном, альфачастицы),нейтрон гамма-кванты. Реакции синтезареакции, в которых из менее массивных ядер образуются более массивные и образуются также различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения. Деление тяжёлых ядер — экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии. Деление ядер урана Открытие в 1938 г. О.Ган, Ф.Штрассман Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Л.Мейтнер При бомбардировке нейтронами U образуется 80 различных ядер. Деление происходит 91 Наиболее вероятное деление на Kr под действием кулоновских сил и 142Ba в соотношении 2/3 235 94 Rb α -излучение γ-излучение Термоядерная реакция – реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии(реакции синтеза) Энергетически очень выгодна!!! 1. Самоподдерживающиеся – в недрах Земли, Солнца и других звезд. 2. Неуправляемая – водородная бомба!!! 3. Ведутся работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции. Для осуществления цепной реакции необходимо, Цепная ядерная реакция чтобы среднее количество освобожденных нейтронов с течением времени не уменьшалось. Отношение количества нейтронов в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов в предыдущем «поколении» называют коэффициентом размножения нейтронов k Если k < 1, реакция быстро затухает, Если k = 1, то реакция протекает с постоянной интенсивностью (управляемая), Если k >1, то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву Главное отличие ядерных реакций от химических: Энергия, выделяющаяся в ядерной реакции( для той же массы вещества),может в миллионы раз превосходить энергию, выделяющуюся в химических реакциях. Сравнение ядерной энергии и тепловой Деление 1кг урана (3 спичечных коробка) = Сгорание каменного угля целого железнодорожного состава (50 вагонов) 2.Энергия связи атомного ядра Вспомните, каков состав ядра атома Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны Есв = ΔM·c² ΔM - дефект масс; С-скорость света в вакууме ΔM - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn ΔM= Z·mp + N·mn - Mя На 1 а.е.м. приходится энергия связи = 931 МэВ Удельная энергия связиэнергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра Еуд = Есв А Наиболее оптимальные способы высвобождения внутренней энергии ядер: 1. Максимальной 4. У ядер-средней Еуд части обладают периодической ядра, у которых системы деление тяжелых ядер; 3. У ядер с А< 40 Е уд скачкообразно 2. У ядер А > 100 Е уд 40 плавно число протоновс имассовым нейтронов четное, минимальной – ядра, Менделеева с числом ≤ А ≤ 100 Еуд синтез легких ядер. убывает у которых число протонов и нейтронов нечетное максимальна убывает Закрепление: Правила написания ядерных реакций: В ядерных реакциях сохраняются общее число нуклонов(массовое число) и электрический заряд(зарядовое число), т.е. сумма верхних индексов в левой и правой частях уравнения ядерной реакции одинакова(следствие сохранения массового числа); сумма нижних индексов в левой и правой частях уравнения ядерной реакции одинакова(следствие закона сохранения зарядового числа) В записи ядерных реакций будем использовать следующие обозначения: 0 1 1 1 e H 1 0 n Электрон Протон Нейтрон Самостоятельная работа Самостоятельная работа Вариант 1 Вариант 2 I. Напишите уравнения следующих ядерных реакций: I. Напишите уравнения следующих ядерных реакций: 1.алюминий (2713Al) захватывает нейтрон и испускает α-частицу; 1.фосфор(3115Р) захватывает нейтрон и испускает протон; 2.азот (147N) бомбардируется 2.алюминий (2713Al) бомбардируется протонами и испускает α-частицу. α-частицами и испускает протон. II. Закончите уравнение ядерных реакций: 1.3517Cl 2.136C 3.73Li 4.105B + + + 1 p 1 1 p 1 + 5.2412Mg 6.5626Fe 1 n 0 + + → →2 4 He 2 + → 1 p 1 → 4 He 2 1 n 0 → 1 n 0 → + 27 Si 14 56 Mn 25 + + II. Закончите уравнение ядерных реакций: 1.188О + 1 p 1 2.115B + 4 He 2 → 1 n 0 3.147N + 4 He 2 → 17 О 8 4.126C + 1 n 0 5.2713Al + → → 4 He 2 6.2411Na → 1 9 0n + 4Be → + + + 30 Р 15 24 Mg 12 + + 0 е -1 Домашнее задание: У: §20; З:№19.14,19.18, 19.20, 19.26.
