Методическая разработка для аудиторной работы №32-11 по теме: Ядерная физика 1. Определить состав ядер атомов лития 37Li , изотопов водорода с массовыми числами 1 и 2 и изотопов урана 235 92 U и 238 92 U. 2. Ядра изотопа тория 232 претерпевают - распад и два электронных - распада. 90Th Какие ядра после этого получаются? 3.Написать недостающие обозначения X и y в ядерной реакции 7 3 Li 11H X 2yHe 4. Дописать недостающие символы X и Y в ядерной реакции: 55 25 Mn 11p X 0Y 55 14 5. Определить дефект массы, энергию связи ядра атома азота 7 N . Какая энергия связи приходится на один нуклон? mn = 1,00867 а.е.м. – масса покоя нейтрона; mH = 1,00797 а.е.м. – масса атома водорода; mN = 14,0067 а.е.м. – масса атома азота; 1 а.е.м. = 1,6610-27 кг, с = 3108 м/с. 6. Определить энергию, необходимую для разделения ядра 12 6 C , если известно, что энергии связи ядер 16 8 O, 12 6 C и 4 2 16 8 O на - частицу и ядро He равны соответственно 127,62 МэВ; 92,16 МэВ и 28,30 МэВ. 7. 7 3 Атом лития Li n Be 1 0 8 4 испытывает 0 1 при бомбардировке нейтронами превращение e . Сколько выделяется энергии при этом? Массы частиц, участвующих в реакции: mLi me = 0,0055 а.е.м. = 6,939 а.е.м. mn = 1,0079 а.е.м.; mBe = 8,0043 а.е.м.; 8. Определить период полураспада висмута 210Bi, если известно, что висмут массой m=1,0 г выбрасывает N=4,58·1015 β-частиц за t=1 с. (При решении воспользоваться x2 x3 x e 1 x ... ) разложением в ряд Маклорена 2! 3! 27 13 9. При бомбардировке алюминия Al 30 - частицами образуется фосфор 15 P . Подсчитайте энергию - частиц, требующуюся для этой реакции. Масса атома алюминия mAl = 26,98154 а.е.м., масса атома фосфора mP = 30,97376 а.е.м., масса атома гелия mHe = 4,00260 а.е.м., масса нейтрона mn = 1,00867 а.е.м.(1 а.е.м. = 1,6610-27 кг, с = 3108 м/с). 10. Неподвижное ядро кремния W1 = 0,5 МэВ и антинейтрино 31 14 выбросило ~ (частицу Si P e ~ . 31 15 0 1 электрон с кинетической энергией с зарядом, равным нулю, и массой покоя равной нулю) Пренебрегая кинетической энергией образовавшегося ядра, определить кинетическую энергию W2 антинейтрино. Массы нейтральных атомов: mSi = 30,975335 а.е.м., mP = 30,977376 а.е.м. (1 а.е.м. = 1,6610-27 кг, 1 МэВ = 1,610-13 Дж). Скорости частиц считать v1; v2 c, где с = 3108 м/с). Домашнее задание №32-11 по теме: Ядерная физика 1.(Л) Сколько электронов находится в электронной оболочке нейтрального атома, ядро которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов? 2.(С) Найти мощность реактора, в котором делится m=1 г урана 235U в сутки. Энергию, освобождающуюся при делении одного ядра 235U принять равной Q=185 МэВ 3.(Л-С) Написать x реакции: 4 Be H Z n 2 1 недостающие 10 y обозначения x, y и Z в ядерной 1 0 4.(Л-С) Какие ядра и частицы образуются, когда протекают следующие ядерные реакции: 239 94 Pu 24He ZAX 01n ; 2 1 H 11H ? 12 5.(С) Определить энергию связи ядра 6 C , приходящуюся на один нуклон. Массы: нейтрона mn = 1,00867 а.е.м., атома водорода mH = 1,00783 а.е.м., атома углерода mC = 12,01115 а.е.м. 9 6.(С) Какую энергию необходимо затратить для разделения ядра 4 Be на две - частицы и нейтрон, если известно, что удельная энергия связи в ядре бериллия равна 6,45 МэВ, а в ядре гелия 7,06 МэВ? 7.(С) При взрыве водородной бомбы протекает термоядерная реакция образования 4 2 3 гелия 2 He из дейтерия 1 H и трития 1 H . Написать ядерную реакцию и определить её энергетический выход. mгелия = 4,00388 а.е.м. mдейтерия = 2,01474 а.е.м. mтрития = 3,01700 а.е.м. mнейтрона = 1,00899 а.е.м. 8.(С) Закон радиоактивного распада можно записать в виде: N = N0e-t, где - известная постоянная распада. Определите период полураспада T. 19 16 9.(С) При обстреле ядер фтора 9 F протонами образуется кислород 8 O . Сколько энергии освобождается при этой реакции? Масса атома фтора mF = 18,9984 а.е.м., масса атома кислорода mO = 15,99940 а.е.м., масса атома гелия mHe = 4,00260 а.е.м., масса атома водорода mH = 1,00783 а.е.м. 2 10.(Т) Пренебрегая кинетическими энергиями ядер дейтерия 1 H и принимая их суммарный импульс равным нулю, определить кинетические энергии Т 1 и Т2 продуктов 2 2 3 1 реакции 1 H 1 H 2 He 0 n . Массы нейтральных атомов: mдейтерия = 2,01410 а.е.м., mгелия = 3,01603 а.е.м., mнейтрона = 1,00867 а.е.м.. Скорости образовавшихся частиц считать v1, v2 c, где с – скорость света. Основные понятия, формулы. 1.Состав ядра. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов). Масса и заряд протона и нейтрона соответственно равны: mp 1,673 10 27 кг 1,007276 а.е.м. ; q p 1,6 10 19 Кл ; mn 1,675 10 27 кг 1,00867 а.е.м.; q n 0 . ( 1а.е.м. 1,6 1027 кг ) Число нуклонов в ядре равно массовому числу А, выраженному в атомных единицах массы. Число Z протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической таблице Менделеева и представляет собой заряд ядра в единицах элементарного заряда электрона. Следовательно, число нейтронов в ядре: N = A – Z. Любой элемент или элементарную частицу обозначают символически: ZA X . 2.Изотопы – атомы одного и того же элемента, имеющие разное число нейтронов в ядре. 3.Дефект массы – разность между суммой масс покоя нуклонов и массой ядра: m Zm p ( A Z )m n M я . 4.Энергия связи определяется работой, которую необходимо совершить для того, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны и удалить их друг от друга на расстояния, на которых они не взаимодействуют: E св mc , где m - дефект массы, с – скорость света в вакууме. 5.Ядерные реакции. При бомбардировке какими-либо элементарными частицами ядра одного элемента могут превращаться в ядра другого элемента. Реакции превращения записываются в виде схем: 2 A Z X 24 AZ42Y A Z X 10 e Z A1Y . При этом выполняются законы сохранения массового числа (энергии) и порядкового номера (электрического заряда) 6.Закон радиоактивного распада. Число не распавшихся ядер убывает по закону: N N 0 e t ,где N0 – число ядер в начальный момент времени, - постоянная распада, t – время распада. 7.Периодом полураспада называется промежуток времени, распадается половина начального количества ядер: T1 / 2 Ответы. 1.6 m N AQ 0,88 МВт 2. P t 3. x 9, y 5, 105B 242 96 4. 1 0 0,693 течение которого . 6. E 1,57 МэВ 7. Q c 2 ( M1 M 2 ) 17,6 эВ 8. T Сm кюрий , ln 2 9. Q c 2 (m F m H mO m He ) 3,94МэВ n нейтрон 2 5. c ZmH ( A Z )mn mC 6,8 МэВ A ln 2 в нуклон 10. Q 3 0,82 МэВ, T2 Q 2,44 МэВ 4 4 2 где Q c 2M H M He M n T1