Практическое занятие № 18. Радиоактивные превращения.

Практическое занятие  № 18. Радиоактивные превращения.

Цель: закрепить знания по теме «Физика атомного ядра», сформировать умения и навыки нахождения физической величины, её выражение из формулы при решении экспериментальных и расчетных задач.

Теоретические сведения.

qядра=Z e

где qядра  — заряд ядра химического элемента (Кл); Z — порядковый номер

химического элемента в таблице  Д.И. Менделеева; e — элементарный заряд, равный 1,6·10–19 Кл.

rn=n2 r₁,

де rn — радиус п-й орбиты атома водорода (м); Wn — энергия электрона на п-й орбите  атома водорода (Дж); n — номер орбиты;  r1   — радиус  первой орбиты (м); W1 — энергия электрона на первой орбите (Дж).

Нейтральный атом и его ядро обозначаются одним и тем же символом, где Х — обозначение элемента, Z — атомный номер (порядковый номер элемента в периодической таблице Д.И. Менделеева), А — массовое число, равное округленной до целого числа массе атома, выраженной в а.е.м.

1.                Протоны и  нейтроны называются нуклонами. Число  протонов Np   =  Z,

число нейтронов Nn = A – Z, число нуклонов N = А.

2.                 Химический  элемент  определяется  числом  протонов  или  порядковым номером в таблице Д.И. Менделеева.

3.               Порядковый номер (Z) в таблице Д.И. Менделеева записан вверху ячейки таблицы.

Энергия связи ядра равна минимальной энергии, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные частицы. 

Масса любого ядра M_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: 

M_я < Zm_p + Nm_n

Разность масс ΔM = Zm_p + Nm_n – M_я. называется дефектом массы.

Энергия, выделившаяся при образовании данного ядра, т. е. энергию связи ядра E_св: 

E_св = ΔMc² = (Zm_p + Nm_n – M_я)c²

В ядерных реакциях выполняются законы сохранения:

1.               электрического заряда — сумма зарядов частиц  и  ядер (их  порядковые номера) до и после реакции должны равняться друг другу, т.е.

Z11 + Z12 =  Z21 + Z22,

2.                 массового числа  — сумма массовых  чисел  частиц  и  ядер  до  и  после

реакции должны равняться друг другу, т.е.

А11 + А12 = А21 + А22.

Закон радиоактивного распада: N (t) = N₀ · 2^–t/T.

Контрольные вопросы.

1.                  Модели атома Томсона и Резерфорда.

2.                  Постулаты Бора. Энергия электрона в атоме водорода. Спектр атома водорода.

3.                  Явление  радиоактивности.   Закон  радиоактивного   распада.

4.                  α-,  β-  распад.  γ- излучение.

5.                  Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц.

6.                  Энергия связи атомных ядер.

7.                  Дефект массы.

8.                  Ядерные силы. Модели ядра.

9.                  Ядерные реакции.

10.              Деления  тяжелых ядер.

11.              Цепная ядерная реакция.  

12.              Ядерный реактор.

13.              Реакции синтеза атомных ядер.

Задание 1. Решение задач.

1. При облучении атома водорода электроны перешли с первой стационарной орбиты на третью, а при возвращении в исходное состояние они переходили сначала с третьей орбиты на вторую, а затем со второй на первую. Что можно сказать об энергии квантов, поглощенных и излученных атомом?

2. Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, если электрон находится на третьей орбите?

3. Электрон в атоме водорода перешел с четвертого энергетического уровня на второй. Как при этом изменилась энергия атома? Почему?

4. Какую минимальную скорость должны иметь электроны, чтобы ударом перевести атом водорода из первого энергетического состояния в пятое?

5. Резерфорд осуществил первую в мире реакцию превращения одного химического элемента в другой. Вычислите энергетический выход этой реакции. Поглощается или выделяется энергия в этой реакции?

Масса атома азота 14,003074 а. е. м., атома кислорода 16,999133 а. е. м., атома гелия 4,002603 а. е. м., атома водорода 1,007825 а. е. м.

6. Вычислите энергетический выход реакции

Масса атома алюминия 26,981539 а. е. м., атома кремния 29,973763 а. е. м.
          7. Какая энергия соответствует одной атомной единице массы (1 а.е.м.)? Выразите ее в джоулях и электрон-вольтах.

8.Определите энергию связи изотопа лития .

9. Какое количество энергии можно получить в результате деления урана массой 1 кг, если при каждом акте деления выделяется энергия, равная 300 МэВ?

10. Через сколько времени распадается 80% атомов радиоактивного изотопа хрома , если его период полураспада 27,8 суток?

11. Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 суток. Найти период полураспада.

Задание 2. Заполните таблицу:  Методы регистрации заряженных частиц.