Свойства радиоактивных лучей

Альфа-излучение (альфа лучи) - это поток полностью ионизированных ядер атомов гелия.

Бета-излучение (бета-лучи) - это поток электронов.

Гамма-излучение (гамма-лучи) - это электромагнитное излучение.

62. Закон радиоактивного распада. Биологическое действие радиоактивных излучений.

Закон радиоактивного распада — физический закон, описывающий зависимость интенсивности радиоактивного распада от времени и количества радиоактивных атомов в образце. Существует несколько формулировок закона, например, в виде дифференциального уравнения, которое означает, что число распадов, произошедшее за короткий интервал времени, пропорционально числу атомов в образце.

Биологическое действие радиоактивных излучений

На организм влияет только та часть радиоактивного излучения, которая поглощается его тканями. Поэтому биологическое действие излучений характеризуется поглощенной дозой излучения. Поглощенной дозой излучения - называют величину, равную отношению энергии ионизующего излучения, поглощенной облучаемым веществом, к массе этого вещества.

Предельно допустимая норма для лиц, работающих с излучением, равна 0,05 Гр/год или 10-3 Гр в неделю. Смертельная доза 3-10 Гр, полученная за короткое время.

63. Состав атомных ядер. Ядерные силы.

Ядро атома состоитиз нуклонов, которые подразделяются на протоны и нейтроны.Символическое обозначение ядра атома:

А- число нуклонов, т.е. протонов + нейтронов ( или атомная масса )
Z- число протонов ( равно числу электронов )
N- число нейтронов ( или атомный номер )

N = A - Z

ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ

- действуют между всеми нуклонами в ядре;
- силы притяжения;
- короткодействующие.

Нуклоны притягиваются друг к другу ядерными силами, которые совершенно непохожи ни на гравитационные, ни на электростатические. Ядерные силы очень быстро спадают с

расстоянием. Радиус ядерных сил равен размеру нуклона, поэтому ядра - сгустки очень плотной материиЯдерные силы - сильные взаимодействия. Они многократно превосходят кулоновскую силу (на одинаковом расстоянии).

64. Дефект массы. Энергия связи атомных ядер.

Энергия связи атомного ядра Е_св характеризует интенсивность взаимодействия нуклонов в ядре и равна той максимальной энергии, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на отдельные невзаимодействующие нуклоны без сообщения им кинетической энергии. У каждого ядра своя энергия связи. Чем больше эта энергия, тем более устойчиво атомное ядро. Точные измерения масс ядра показывают, что масса покоя ядра m_я всегда меньше суммы масс покоя, составляющих его протонов и нейтронов. Эту разность масс называют дефектом массы:

Дефект массы — разность между массой покоя атомного ядра данного изотопа, выраженной в атомных единицах массы, и массовым числом данного изотопа. В современной науке для обозначения этой разницы пользуются термином избыток массы (англ. massexcess). Как правило, избыток массы выражается в кэВ.

65. Общие сведения об элементарных частицах. Античастицы.

В настоящее время общее число известных элементарных частиц (вместе с античастицами) приближается к 400. Почти все элементарные частицы крайне нестабильны и образуются во вторичном космическом излучении или получаются в лаборатории с помощью ускорителей, а затем быстро распадаются, превращаясь в конечном итоге в стабильные частицы. Современные ускорители позволяют получать частицы с энергией до 1000 ГэВ ≈ 10¹² эВ. Следовательно, с их помощью можно проникнуть в глубь вещества на расстояние порядка.

Античастица — частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).Само определение того, что называть «частицей» в паре частица-античастица, в значительной мере условно. Однако при данном выборе «частицы» её античастица определяется однозначно.

66. Деление тяжелых ядер, цепная реакция деления.

Деление ядра - процесс расщепления атомного ядра на два ядра сблизкими массами, называемых осколками деления. В результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Деление бывает спонтанным (самопроизвольным) и вынужденным (в результате взаимодействия с другими частицами, прежде всего, с нейтронами).
Деление тяжёлых ядер - экзотермический процесс, в результате которой высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.
Цепная реакция.
Примером цепной ядерной реакции является цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, при которой основное число актов деления инициируется нейтронами, полученными при делении ядер в предыдущем поколении.
Цепные реакции широко распространены среди химических реакций, где роль частиц с неиспользованными связями выполняют свободные атомы или радикалы. Механизм цепной реакции при ядерных превращениях могут обеспечить нейтроны, не имеющие кулоновского барьера и возбуждающие ядра при поглощении. Появление в среде необходимой частицы вызывает цепь следующих, одна за другой реакций, которая продолжается до обрыва цепи вследствие потери частицы-носителя реакции. Основных причин потерь две: поглощение частицы без испускания вторичной и уход частицы за пределы объёма вещества, поддерживающего цепной процесс.

67. Управляемая цепная реакция. Ядерные реакторы.

Ядерный реактор — это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов. Составными частями любого ядерного реактора являются: активная зона с ядерным топливом, обычно окруженная отражателем нейтронов, теплоноситель, система регулирования цепной реакции, радиационная защита, система дистанционного управления. Основной характеристикой ядерного реактора является его мощность. Мощность в 1 МВт соответствует цепной реакции, в которой происходит 3·10¹⁶ актов деления в 1 сек.

Текущее состояние ядерного реактора можно охарактеризовать эффективным коэффициентом размножения нейтроновk или реактивностью ρ, которые связаны следующим соотношением:

Условие критичности ядерного реактора:

, где

• есть доля полного числа образующихся в реакторе нейтронов, поглощённых в активной зоне реактора, или вероятность избежать нейтрону утечки из конечного объёма.
• k₀ — коэффициент размножения нейтронов в активной зоне бесконечно больших размеров.
  
  

Для использования ядерной энергии в силовых установках первостепенное значение имеют управляемые цепные реакции, развивающиеся с регулируемой скоростью. Чтобы выделять энергию с постоянной или во всяком случае с регулируемой мощностью, надо создать такую установку, в которой можно было бы управлять коэффициентом размножения нейтронов. Такие установки, в которых осуществляется регулируемый цепной процесс деления, получили название ядерных реакторов). В ядерном реакторе нужно иметь возможность начать цепную реакцию с коэффициентом размножения, немного превышающим единицу.

68. Получение радиоактивных изотопов и их применение в медицине, промышленности, сельском хозяйстве.

С помощью ядерных реакций можно получить изотопы всех химических элементов. Были получены трансурановые элементы: америций, курий, берклий, капифоний и многие другие.
Медицина.

- Для постановки диагноза, так и для терапевтических целей.

- Радиоактивный натрий используется для исследования кровообращения.

- Йод интенсивно отлагается в щитовидной

- Железо, особенно при базедовой болезни.

В сельском хозяйстве
Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса). Радиация вызывает мутации у растений и микроорганизмов.

В промышленности.
Способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Позволяют судить диффузии металлов, процессах в доменных печах.

69. Перспективы развития энергетики в стране.

В настоящее время в нашей стране и странах ближнего зарубежья достигли высокого уровня развития все сферы энергетики – ветроэнергетика, электроэнергетика, гидроэнергетика, теплоэнергетика, ядерная и атомная энергетика. Техники, инженеры, ученые, а также передовые рабочие ведут разработки и изучения новейших методов приобретения и применения энергии. На основе открытий в области ядерной физики родилась атомная энергетика. Появление новейшей, перспективной области народного хозяйства – ядерной энергетики – было ознаменовано в 1951 г. 27 июня запуском первой в мире атомной электростанции мощностью 5 тыс. кВт, возведенной в Обнинске. За истечением времени в разных странах было включено в действие более ста атомных электростанций совместной мощностью около 40 млн. кВт. Также начали действовать среди них Кольская и Ленинградская атомные электростанции, и другие. Затем велась постройка ещё ряда атомных электростанций.Наша страна достигла гигантских успехов в развитии гидроэнергетики. Следующие улучшения гидроэнергетической техники сориентировано на разработку конструкций так сказать ещё более мощных гидротурбин, а также увеличение их полезного действия, целесообразное применение энергии воды и конечно уменьшение затрат на постройки гидротехнических сооружений.

70. Термоядерный синтез и условия его осуществления.

Термоядерными реакциями называются ядерные реакции, протекающие между легчайшими ядрами при очень высоких температурах среды. Высокие температуры необходимы для сообщения ядрам, участвующих в реакции, кинетической энергии для преодоления кулоновского барьера и сближения ядер до расстояний, когда начинается ядерное взаимодействие. Легчайшим ядрам не только проще преодолевать кулоновский барьер, но и энергетически выгодно сливаться друг с другом в более тяжелые ядра с выделением энергии. Это следует из анализа кривой удельной связи. Такой процесс слияния ядер, имеющих малую энергию связи, в более тяжелые и сильно связанные ядра, носит названия реакций синтеза. По современным представлениям термоядерные реакции протекают в недрах звезд и Солнца, в результате чего из протонов получаются ядра гелия. Этот процесс может иметь несколько различных промежуточных стадий, но конечный результат один - четыре протона превращаются в ядро гелия. Из-за чрезвычайно малого сечения процесса его невозможно осуществить в земных условиях. Осуществление в земных условиях управляемого термоядерного синтеза (УТС) должно полностью решить проблему снабжения человечества энергией, по крайней мере, на необозримое будущее.

71. Строение звезд.

В центре звезды находится черная дыра, то есть скопление выгоревшей материи, полностью остановившиеся фрагменты вещества. На ее поверхности существует максимальная разница эфирного давления, которая разрушает любые орбитальные микро энергосистемы. Громадное количество выделяющейся лучевой энергии на поверхности пытается отбросить окружающее вещество. Но разница эфирного давления прижимает его внутрь звезды, к поверхности. В таком противоходе более тяжелые элементы располагаются ближе к центру, а легкие выталкиваются на поверхность. Существует много вариантов звезд, разная масса ч.д и различный состав оболочки в сочетании с разным временем существования создают широчайший спектр разновидностей. Когда в недрах звезды выгорают все тяжелые элементы, которые сдерживали лучевой разброс, то легкие элементы отбрасываются дальше от центра. Звезда увеличивается, но количество вещества касающегося поверхности ч.д уменьшается, энергии выделяется меньше. Планета отличается от звезды тем, что в оболочке ч.д слишком много тяжелых элементов, а сама ч.д еще мала и потому поверхность оболочки остывшая. Но со временем ч.д увеличивается, тяж элементы выгорают и холодная оболочка раскаляется. Вспышки сверх новых звезд происходят в результате столкновения двух черных дыр. Поскольку существует много разновидностей оболочек и размеров ч.д, то и вспышки могут быть различны. По внешнему виду и спектру излучений вспышки можно установить характеристики виновников катаклизма. Если столкнулись две ч.д одинакового размера, то внешний вид взрыва будет копировать, как бы , в увеличенном виде прикосновение двух шаров, где точка соприкосновения будет самой яркой зоной, и далее по обоим шарам яркость будет убывать. Видна будет ось их полета до столкновения, линия от самой темной точки на одном шаре через самую яркую точку соприкосновения к темной точке на другом шаре, и яркая плоскость излучения из точки прикосновения перпендикулярная оси столкновения. Со временем в плоскости перпендикулярной оси столкновения может возникнуть яркое кольцо первичного выброса самой горячей плазмы. Разность размеров столкнувшихся чд будет отображена с фотографической точностью во внешнем виде вспышки. Существует множество вариантов столкновений чд, разная встречная скорость, разная масса, разного вида оболочки чд.

72. Ядра звезд как естественный термоядерный реактор.

Управляемый термоядерный синтез (УТС) — синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).

73. Основные этапы эволюции звезд.

Возраст звезд исчисляется от нескольких тысяч лет до тысяч миллионов и миллиардов лет, в зависимости от массы. Звезды образуются, когда межзвездное облако газа и пыли коллапсирует под воздействием собственной гравитации. При этом атомы сталкиваются и вырабатывается тепло. Процесс продолжается до тех пор, пока нагрев не достигнет того уровня, при котором могут начаться реакции слияния ядер, в ходе чего водород превращается в гелий. Реакции, протекающие в ядре зарождающейся звезды, приводят к выбросу значительных количеств излучения, что способствует приостановке коллапса. Эта стадия длится дольше всего в истории звезды. Затем наступает момент, когда ядро, состоявшее изначально в основном из водорода, исчерпывается, и слияние прекращается. Поскольку внутренний источник энергии исчезает, происходит коллапс ядра под влиянием гравитации, и начинает выделяться тепло, пока не возникает возможность слияния ядер в водородной оболочке, окружающей ядро. Это изменение сопровождается значительным расширением внешних слоев звезды, и она превращается либо в красного гиганта, либо, если речь идет о наиболее массивных звездах, всверхгиганта. На этом этапе в ядре звезды температуры могут достигать 100 млн. К. При таких температурах начинается слияние ядер гелия с образованием углерода. Когда этот вторичный процесс слияния завершается, происходит очередной коллапс ядра и новый разогрев. В звездах с малой массой температура при этом не поднимается настолько, чтобы произошло слияние ядер углерода, и красные гиганты теряют наружные слои, превращаясь в белых карликов. В звездах с высокой массой начинается слияние ядер углерода, в результате чего появляются элементы с атомными весами, близкими к атомному весу железа. На этом этапе дальнейшее слияние становится невозможно, и происходит взрывной коллапс ядра звезды, причем наружные слои ее разлетаются; этот процесс известен под названием взрыва сверхновой. Образовавшееся в результате сверхплотное ядро дает начало либо нейтронной звезде, либо черной дыре.

74. Диалектическое развитие материального мира.

Диалектика – теория и метод познания действительности, учение о всеобщей связи и развитии. Представления об изменчивости и взаимосвязанности всего сущего возникли в глубокой древности.
Первая классическая форма диалектики возникла в недрах немецкой идеалистической философии (XVIII-XIX вв.). В своем завершенном виде (философия Гегеля) представляла систему взаимосвязанных понятий, категорий, законов, отражающих всемирно-историческое шествие абсолютной идеи.
Материалистическая диалектика, творчески восприняв идеи своих предшественников, решительно отвергла идеалистическую основу развития мира, активно использовала эволюционные идеи ученых-естественников. Наиболее реалистичной и плодотворной является гуманистическое направление диалектического материализма.
Существуют и другие “модели диалектики”, разнообразие которых выявляет сложность и многогранность рассматриваемого объекта – всеобщей связи и развития мира. Каждая концепция развития приносит свое понимание проблем диалектики, способствует все более глубокому познанию универсума. Так, синергетика – современная теория развития неравновесных систем – вскрыла новые аспекты диалектики бытия. Многие исследователи связывают появление этой концепции с началом революционных преобразований в науке.

75. Современная научная картина мира.

Научная картина мира - это целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы, возникшая в результате обобщения основных естественнонаучных понятий и принципов.
Важнейшие элементы структуры научной картины мира - междисциплинарные концепции, образующие ее каркас. Концепции, лежащие в основе научной картины мира, являются ответами на сущностные основополагающие вопросы о мире. Эти ответы меняются с течением времени, по мере эволюции картины мира, уточняются и расширяются, однако сам "вопросник" остается практически неизменным по крайней мере со времен мыслителей классической Древней Греции.
Каждая научная картина мира обязательно включает в себя следующие представления:
о материи (субстанции);
о движении;
о пространстве и времени;
о взаимодействии;
о причинности и закономерности;
космологические представления.
Каждый из перечисленных элементов изменяется по мере исторической смены научных картин мира.
Современная естественно-научная картина мира, которую еще называют и эволюционной картиной мира является результатом синтеза систем мира древности, античности, гео- и гелиоцентризма, механистической, электромагнитной картин мира и опирается на научные достижения современного естествознания.
В своем развитии естестенно-научная картина мира прошла ряд этапов (табл.1).

Основные этапы становления современной естественно-научной картины мира

Этап истории

Научная картина мира

4000 лет до н.э. 3000 лет до н.э. 2000 лет до н.э. VIII в. до н.э. VII в. до н.э. VI в. до н.э. V в. до н.э. II в. до н.э. 1543 г. XVII в. XIX в. XX в.

Научные догадки египетских жрецов, составление солнечного календаря. Предсказание солнечных и лунных затмений китайскими мыслителями. Разработка семидневной недели и лунного календаря в Вавилоне. Первые представления о единой естественно-научной картине мира в античный период. Возникновение представлений о материальной первооснове всех вещей. Создание математической программы Пифагора-Платона. Атомистическая физическая программа Демокрита-Эпикура. Континуалистическая физическая программа Анаксагора-Аристотеля. Изложение геоцентрической системы мира К. Птолемеем в сочинении "Альмагест". Гелиоцентрическая система строения мира польского мыслителя Н. Коперника. Становление механистической картины мира на основе законов механики И. Келлера и И. Ньютона. Возникновение электромагнитной картины мира на основе трудов М. Фарадея и Д. Максвелла. Становление современной естественно-научной картины мира.