Атомное ядро и элементарные частицы

1. Из чего состоит атомное ядро ?

Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, называемых — нуклонами (от лат. nucleus – ядро). Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом , где X – символ химического элемента, Z – атомный номер или зарядовое число (количество протонов в ядре), А – массовое число (число нуклонов в ядре). В этих обозначениях количество нейтронов определяется выражением: N = A – Z. Ядра с одинаковыми Z, но разными A называются изотопами.

2. Чему равно число электронов в атоме, ядро которого имеет обозначение ?

3. Из чего состоят ядра изотопов водорода: - протий, - дейтерий, - тритий?

- протий(Z=1, N=0), - дейтерий(Z=1, N=1), - тритий(Z=1, N=2)

4. Что такое энергия связи?

Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергие связи.

W_св = m · с² =[Z·m_p + (A - Z)· m_n - M_я] · с²

5. Какой формулой определяется дефект массы ядра?

Точные масс-спектрометрические методы измерения масс отдельных ядер показали, что масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов.

Эту разницу масс mназывают дефектом массы ядра.

Найти её можно по следующей формуле:

m = [Z·m_p + (A - Z)· m_n] - M_я

Здесь

m_p— масса свободного протона,

m_n— масса свободного нейтрона,

M_я— масса ядра.

6. Какой формулой определяется энергия связи нуклонов в ядре?

W_св = m · с² =[Z·m_p + (A - Z)· m_n - M_я] · с²

7. Что такое удельная энергия связи?

Удельная энергия связи – энергия связи, отнесенная к одному нуклону. Удельная энергия связиопределяется как

 Wсв = Wсв/A = (m · с²)/A

Удельная энергия связи характеризует устойчивость атомных ядер. Она зависит от массового числа А. Наиболее устойчивыми с энергетической точки зрения являются ядра средней части таблицы Менделеева. Лёгкие и тяжёлые ядра менее устойчивы.

8. Что характерно для ядерных сил?

Между составляющими ядро нуклонами действуют особые, специфические для ядра силы, значительно превышающие кулоновские силы отталкивания между протонами. Они называются ядерными силами. Относятся к классу так называемых сильных взаимодействий.

Свойства:

1) ядерные силы являются силами притяжения;

2) ядерные силы являются короткодействующими – их действие проявляется только на расстояниях примерно 10^{-15 м.}

3) ядерным силам свойственна зарядовая независимость: ядерные силы, действующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или, наконец, между протоном и нейтроном, одинаковы по величине. Отсюда следует, что ядерные силы имеют неэлектрическую природу;

4) ядерным силам свойственно насыщение, т. е. каждый нуклон в ядре взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов;

5) ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов;

6) ядерные силы не являются центральными, т. е. действующими по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов.

9. Что называют радиоактивностью?

Под радиоактивностью понимают способность некоторых ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

10.Радиоактивное излучение бывают трех типов: - излучение, - излучение, -излучение. Какие из них отклоняются в электрических и магнитных полях?

- излучение, - излучение отклоняются

11.Записать закон радиоактивного распада.

Радиоактивность — это ядерный процесс, на него влияют внешние воздействия (высокие температуры, большие давления, сильные поля). Распад атомов радиоактивного изотопа подчиняется закону случайности: невозможно сказать, что произойдет именно с данным атомом — он может в равной мере и претерпеть распад и остаться нетронутым — независимо от того, сколько времени он существует.

В единицу времени из наличного количества атомов всегда распадается определенная часть, которая обозначается через  и называется постоянной распада данного радиоактивного элемента.

Если имеется N атомов, то, очевидно, что за 1 секунду из них распадается N атомов, а за время dt:

dN = – N×dt .

Знак “минус” указывает на тот факт, с течением времени число радиоактивных элементов убывает.

Разделив переменные и проинтегрировав это уравнение получим:

.

Данное равенство выражает закон радиоактивного распада.

12.Записать правило смещения для -распада.

,

Здесь – ядро гелия (–частицы), отклоняются электрическим и магнитным полями, обладают высокой ионизирующей и малой проникающей способностью.

13.Записать правило смещения для распада.

для ^–распада ,

– символическое обозначение электрона, то есть ^–частицы (заряд равен –1, массовое число А=0). Излучение отклоняется электрическим и магнитными полями, а проникающая способность гораздо выше, чем у частиц.

для ^ –распада .

– символическое обозначение позитрона, то есть ^–частицы заряд равен +1, массовое число А=0).

14.Ядерную реакцию можно символически записать так . Что означают буквы в этом соотношении?

Х и У – исходное и конечное ядра, a и b – бомбардирующая испускаемая (или испускаемые) в ядерной реакции частицы.

15.Реакция аннигиляции имеет вид .Что означают символы в этом соотношением?

_-1⁰е – электрон, ₊₁⁰е – позитрон, и два - кванта

16.Что является необходимым условием цепной реакцией деления?

При каждом акте деления тяжёлых ядер выделяется большая энергия и появляется несколько (два-три) новых нейтрона. Каждый из этих нейтронов в свою очередь способен стимулировать реакцию деления у соседних ядер. В результате происходит лавинообразное нарастание числа актов деления. Такая реакция получила название цепной.

Важнейшим параметром цепной реакции деления является наличие размножающихся нейтронов. Для характеристики этого процесса служит коэффициент размножения нейтронов k.
Коэффициентом размножения нейтронов называется отношение числа нейтронов, возникших в некотором звене реакции, к числу таких нейтронов в предшествующем ему звене.

где n₀ — число нейтронов в момент t = 0 начала реакции, n — число нейтронов к моменту времени t.

· Если k > 1, то n растёт с течением времени, и цепная реакция называется ускоряющейся(развивающейся).

· Если k - 1 = 0, то цепная реакция называется самоподдерживающейся.

· Если k < 1, то происходит затухающая цепная реакция.

k ≥1 – необходимое условие цепной реакции деления

принцип цепной реакции: испущенные при одном делении ядра z нейтронов могут вызвать деление z ядер, в результате будет испущено z² новых нейтронов, которые вызовут деление z² ядер и т.д. однако объем тела растет как куб, а поверхность – как квадрат линейных размеров. Поэтому относительная доля вылетающих наружу нейтронов уменьшается с ростом массы делящегося вещества. Нужно чтобы минимальные размеры, активные зоны удовлетворяли критическим параметрам.

17.Период полураспада радиоактивных ядер равен 8 суткам. Что это означает?

8 суток – это время, за которое распадется половина первоначального количества ядер

18.Укажите продукт ядерной реакции X+ Н Не+?

₂⁴He- гелий

19.Что понимают под периодом полураспада?

Это время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

20.Укажите второй продукт термоядерной реакции Н+ Н Не+?

₀¹n нейтрон

21.Укажите второй продукт ядерной реакции N + Не О+?

₁¹p протон

22.Записать реакцию - распада радона Rn

²²²Rn=₂⁴He+₈₄²¹⁸Po

23.Чему равен заряд - лучей?

γ- лучи представляют собой электромагнитное излучение весьма малой длины волны от 10^-4 до 0,1 нм. Нейтральному.

24.Чему равна масса покоя излучения?

Равна нулю

25.Что такое - излучение?

- излучение представляет собой поток ядер гелия. Обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью. Отклоняется электрическим и магнитным полями. Заряд - частицы равен +2e, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия Не

26.При каком распаде из ядра вылетают позитроны и нейтрино?

Позитроны при ^ -распаде, а нейтрино при e – захвате(3й вид  - распада)

27.Из каждого миллиона атомов радиоактивного изотопа каждую секунду распадается 200 атомов. Определить период полураспада изотопа.

N=N₀ e^-λt t=1c λ= ln(N₀/N) =ln(1000000/999800)=0,0002c Т_1/2 = ln2/λ = 3465,736 c

28.Какая доля начального количества атомов распадется за один год в радиоактивном изотопе тория Th²²⁹?

N=N₀e^-λt –число нераспавшихся, тогда число распавшихся N=N₀(1- e^-λt)

29.Найти среднюю продолжительность жизни атома радиоактивного изотопа кобальта ⁶⁰₂₇Со.

λ= ln2/T_1/2=0,131 г T_1/2= 5,3 г τ=1/λ=7,646 г

30.Во сколько раз уменьшается активность изотопа ³²₁₅Р через 20 суток?

А=А₀е^-λt A₀/x=A₀e^{- λt} e^{- λt} = 1/x λ=ln2/14,3=0,048сут x=e^0,96

T_1/2=14,3 сут Ответ: в е^0,96 раз

31.Период полураспада изотопа равен 17,5 суток. Определить постоянную распада этого изотопа.

λ=ln2/T_1/2 λ= 0,04сут= 4·10^-7

32.Период полураспада радиоактивного аргона равен 110 мин. Определить время, в течение которого распадается 25 % начального количества атомов.

0,75N₀=N₀e^-λt λ= ln2/T_1/2=0,006мин λt=ln(4/3) t=ln(4/3) / λ t=47,947мин

33.Определить порядковый номер и массовое число нуклида, который получится из тория Th²³² после трех a- и двух b-превращений.

Х²²⁰₈₁

34.Cколько a- и b-частиц выбрасывается при превращении ядра урана U²³³ в ядро висмута Bi²⁰⁹?

При a = 6, при b = 24

35.Радиоактивное ядро, состоящее из 90 протонов и 138 нейтронов, выбросило a-частицу. Какое ядро образовалось в результате a-распада?

Х²²⁸₉₀→Y²²⁴₈₈+He⁴₂, число нуклонов=138+90=228

36.Радиоактивное ядро, состоящее из 5 протонов и 5 нейтронов, выбросило a-частицу. Какое ядро образовалось в результате a-распада?

Х¹⁰₅→Y⁶₃+He⁴₂(Li)