Урок в 11 классе по теме: ядерные реакции

Подготовила: учитель первой квалификационной категории МБОУ «Школа № 101 города Донецка имени Героя Советского Союза А.А.Удодова»
Метельская Ю.А.

Я́дерная реа́кция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра.

Z – количество протонов в ядре Заряд каждого протона равен элементарному заряду. Поэтому зарядовое число равно заряду ядра, выраженному в элементарных зарядах. Также зарядовое число показывает номер данного элемента в таблице Менделеева.
Например, Z = 8: •Это восьмой элемент в таблице Менделеева (кислород) •В ядре этого элемента 8 протонов •Заряд ядра равен +8 (восемь элементарных зарядов)

Z – количество протонов в ядре N – количество нейтронов в ядре A = Z+ N – количество нуклонов в ядре Массовое число числено равно массе ядра, округлённой до целых чисел и выраженной в а.е.м. (масса ядра в а.е.м. указывается в таблице Менделеева)
Например, А = 14 •Ядро состоит из 14 нуклонов •Масса ядра примерно равна 14 а.е.м.

X – химическое обозначение элемента (из таблицы Менделеева)
Z – зарядовое число
А – массовое число


Азот Ядро состоит из 15 нуклонов
В ядре 7 протонов
В ядре 15-7=8 нейтронов

Протон Нейтрон Электрон

У одного и того же химического элемента существуют ядра с разными массами – то есть в них отличается количество нейтронов. Атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами. Все химические элементы имеют несколько изотопов.

1.Если атом теряет или приобретает электроны, которые обращаются вокруг его ядра, то он становится ионом (положительным или отрицательным) того же атома.
2. Если в ядре атома меняется количество нейтронов, то он становится другим изотопом того же элемента.
3. Если в ядре атома меняется количество протонов, то он становится атомов другого химического элемента.

1.Это силы взаимного притяжения нуклонов 2. Не зависят от электрического заряда и массы взаимодействующих частиц
3. Являются короткодействующими. Очень быстро убывают с расстоянием . Если на расстоянии10-15 м ядерные силы примерно в 100 превосходят кулоновские, то уже на расстоянии10-14 м становятся пренебрежимо малы по сравнению с ними.
4. Обладают свойством насыщения. Нуклоны могут взаимодействовать только с ограниченным количеством ближайших к ним нуклонов в ядре.

Почему при слиянии нуклонов в ядро уменьшается масса?
Чтобы из отдельных нуклонов сделать ядро, их надо сблизить на столько близко, чтобы начали действовать ядерные силы. Как только действие ядерных сил станет больше действия кулоновских сил отталкивания между протонами, протоны устремятся друг к другу. Движение протонов будет ускоренным, а заряженные частицы, движущиеся с ускорением, излучают электромагнитные волны. Эти электромагнитные волны будут уносить от формирующегося ядра некоторую энергию, и как следствие, уменьшать её массу.

Минимальная энергия, которую надо сообщить атомному ядру, чтобы разделить его на отдельные нуклоны, называется энергией связи. Эта энергия идёт на преодоление сил ядерного притяжения между нуклонами.

Такая же энергия выделяется и при слиянии отдельных нуклонов в ядро.

Между массой и энергией есть связь:E=mc2


Частица массой 1 а.е.м. обладает энергией 931,5 МэВ:

(1a.e.м.)*c2=931,5МэВ

Ядерные реакции подчиняются законам сохранения заряда, энергии и импульса. Также сохраняется суммарное массовое число: количество нуклонов до реакции равно их количеству после реакции.

При записи уравнений ядерных реакций используются законы сохранения электрического заряда (зарядовое число Z) и массового числа А.

Для начала ядерной реакции, ядра должны сблизиться на очень малое расстояние, преодолев при этом силы кулоновского отталкивания. Для этого ядра должны обладать большой скоростью, то есть им надо сообщить большую кинетическую энергию. Если в результате ядерной реакции выделяется энергии больше, чем было затрачено на первоначальный разгон ядер, то такая реакция является энергетически выгодной. В противном случае реакция идёт с поглощением энергии. Нейтроны не обладают электрическим зарядом и не отталкиваются от ядер. Им не нужна большая энергия для начала ядерной реакции. Поэтому самые энергетически выгодные ядерные реакции протекают с участием нейтронов.

Расчёт энергии, выделяющейся в результате ядерной реакции
+ = +

Большой практический интерес представляет реакция деления ядер урана. Уран может испытывать и спонтанное деление, но это редкий процесс. Максимальная энергетическая выгода получается при делении ядер урана в результате взаимодействия их с нейтронами.
Природный уран состоит из двух слаборадиоактивных изотопов:
(99,3% природного урана) – делится только быстрыми нейтронами
(0,7% природного урана) – делится любыми нейтронами

Эта реакция нашла большое практическое применение не только из-за больших запасов урана на Земле и не только из-за её большого энерговыделения. Для запуска этой реакции нужен 1 нейтрон. А при каждом делении возникает 2-3 новых нейтрона. То есть будучи единожды запущенной, эта реакция способна сама себя поддерживать.
Последовательность ядерных реакций, каждая из которых вызывается частицей, являющейся продуктом предыдущей реакции, называется цепной ядерной реакцией.

Если цепной реакцией деления не управлять, то в силу её лавинообразности через тысячные доли секунды происходит ядерный взрыв. Это применяется в ядерном оружии – его не следует делать дома.

Управляемая ядерная реакция используется в ядерных реакторах на атомных электростанциях. В России работают 35 энергетических ядерных реакторов, которые обеспечивают выработку 20% электроэнергии.
Россия является пионером в мирном использовании ядерной энергии. Первая в мире АЭС находится в г. Обнинске.

Задача № 1.  Определите число электронов, протонов и нейтронов в атоме кислорода 8O17.
В результате α-pacnada ядро некоторого элемента превратилось в ядро радона 86Rn222. Что это был за элемент?