Информационно образовательный ресурс "Физика атомного ядра"

• 1 слайд

  Физика атомного ядра
  (с) Авторы составители: Шаферова Н.Н., Зябликов А.Н.
  г. Ангарск, 2014г.
  18.06.2022
  

• 2 слайд

  ОПЫТЫ РЕЗЕРФОРДА. ОТКРЫТИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ
  ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
  ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
  ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
  БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ Р/А ИЗЛУЧЕНИЙ
  ПРОТОННО-НЕЙТРОННАЯ МОДЕЛЬ ЯДРА
  ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
  ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
  ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ
  СОДЕРЖАНИЕ
  

• 3 слайд

  ОПЫТ Резерфорда
  Опыты Резерфорда установили существование ядерного ядра, подтвердив планетарную модель атома. Согласно этой модели в центре атома находится ядро, а весь остальной объём «представлен» электронами .
  Английские физики Эрнест Резерфорд, Эрнест Марсден и немецкий физик Ханс Гейгер в 1911г.
  провели первый эксперимент по рассеянию α-частиц тонкой металлической фольгой.
  

• 4 слайд

  Открытие протона
  Опыты резерфорда, проведённые в 1919г., показали, что в состав ядер атомов входят протоны р, имеющие заряд е=1,6· 10-19 Кл и массу т=1,6726231· 10-27кг. Они вылетали, например, при бомбардировке α-частицами гелия ядра азота
  
  

• 5 слайд

  Открытие нейтрона
  В 1932г. английский физик Джеймс Чедвик показал , что помимо протонов в состав ядра входят электрически нейтральные нейтроны. Масса нейтрона превосходит массу протона всего на 14%. В опыте Чедвика нейтроны вылетали при облучении ядер атомов бериллия α-частицами.
  

• 6 слайд

  ЯДРО АТОМА
  

• 7 слайд

   
  Ядро с одинаковым числом протонов, но с различным числом нейтронов
  Из-за разного числа нейтронов ядра различных изотопов одного химического элемента обладают разными массами и могут отличаться по физическим свойствам, например по способности к радиоактивному распаду. Из-за одинакового заряда ядра атомы различных изотопов одного химического элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек и поэтому обладают одинаковыми химическими свойствами.
  

• 8 слайд

  СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧАСТИЦ
  При бомбардировке ядер атома водорода (протонов) α-частицы испытывали кулоновское отталкивание на расстоянии, большим 3фм. Однако на меньших расстояниях пролёта наблюдалось притяжение α-частиц к протону, обусловленное сильным взаимодействием нуклонов.
  Протоны и нейтроны удерживаются в ядре в результате сильного взаимодействия между ними.
  

• 9 слайд

  СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧАСТИЦ
  Притяжение между протоном и нейтроном объясняется их постоянным обменом друг с другом виртуальной (экспериментально наблюдаемой) частицей π + - мезоном
  

• 10 слайд

  Энергия связи
  Энергия связи нуклонов в ядре равна минимальной работе, которую нужно совершить, чтобы разделить ядро на составные части – протоны и нейтроны
  

• 11 слайд

  Заряженные частицы регистрируются различными приборами:
  

• 12 слайд

  рАДИОАКТИВНОСТЬ
  Радиоактивность (от лат. radio – излучать) – явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие с испусканием различных частиц. Из 2500 ядер изотопов, известных в настоящее время, примерно 90% нестабильны и распадаются на другие ядра и частицы.
  
  Естественная радиоактивность – радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых, нестабильных изотопов с зарядовым числом Z>83 или масссовым числом А>209, существующих в природе.
  
  Радиоактивный распад – радиоактивное (самопроизвольное) превращение исходного (материнского) ядра в (дочерние) ядра. Причиной радиоактивного распада является нарушение баланса между числом Z протонов и числом N нейтронов.
  
  

• 13 слайд

  ВИДЫ РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА
  Если ядро содержит избыточное число протонов возникает
  
  
  
  Если ядро содержит избыточное число нейтронов, возникает
  
  
  альфа-распад – спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием α–частицы (ядро атома гелия)
  бета-распад – спонтанное превращение радиоактивного ядра в новое ядро с испусканием электрона е- и электронного антинейтрино vе
  Гамма-излучение – электромагнитное излучение, возникающее при переходе ядра из возбуждённого в более низкие энергетические состояния
  

• 14 слайд

  Принятые обозначения
  М – число нуклонов (массовое число)
  Z – заряд ядра (атомный номер)
  

• 15 слайд

  α - распад
  

• 16 слайд

  β - распад
  

• 17 слайд

  γ - излучение
  При испускании ядрами атомов нейтральных γ-квантов ядерных превращений не происходит.
  Испущенный γ-квант уносит избыточную энергию возбужденного ядра; числа протонов и нейтронов в нем остаются неизменными.
  

• 18 слайд

  Т = 5 сут.
  N – число нераспавшихся ядер
  N0 – первоначальное число
  t – время распада
  Т – период полураспада
  Период полураспада – промежуток времени, за который распадается половина первоначального числа атомов.
  Число нераспавшихся атомов в любой момент времени убывает
  

• 19 слайд

  ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА НЕКОТОРЫХ ИЗОТОПОВ
  Чем меньше период полураспада,
  тем меньше времени живут атомы,
  тем быстрее происходит распад
  

• 20 слайд

  Активность радиоактивного вещества
  Скорость радиоактивного распада характеризует число ядер
  Nрасп= No – N,
  распавшихся в единицу времени, или активностью радиоактивного вещества А
  

• 21 слайд

  Серия естественного радиоактивного распада изотопа
  Естественный радиоактивный распад конкретного изотопа может являться отдельным звеном длинной последовательности (серии) ядерных превращений. Промежуточные в серии дочерние ядра, будучи нестабильными, продолжают распадаться до тех пор, пока не образуют стабильное ядро.
  

• 22 слайд

  Искусственная радиоактивность – - явление, при котором нерадиоактивное вещество при облучении альфа- частицами становится радиоактивным
  Изотоп фосфора
  Изотопы – разновидности данного химического элемента, различающиеся по массе их ядер
  ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ
  

• 23 слайд

  У всех элементов есть изотопы:
  

• 24 слайд

  Применение р/а изотопов
  

• 25 слайд

  нейтрон
  нестабильная частица (Т= 15 мин.);
  Распадается на:
  протон
  электрон
  нейтрино (частица без массы)
  «Тяжелая» вода
  

• 26 слайд

  Протонно - нейтронная модель ядра
  М – число нуклонов (массовое число)
  Z – число протонов в ядре (заряд ядра)
  N – число нейтронов
  M = Z + N
  

• 27 слайд

  Способы освобождения энергии ядра:
  синтез легких ядер
  деление тяжелых ядер
  Ядерные реакции
  Ек после реакции > Ек до реакции
  Ек после реакции < Ек до реакции
  Нейтрон – это частица, не имеющая заряда, поэтому она может проникать в атомные ядра, вызывая их изменения:
  

• 28 слайд

  Цепная ядерная реакция
  Цепная реакция – реакция, при которой частицы, вызывающие её, образуются как продукты этой реакции
  Искусственная радиоактивность – радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.
  Ядра тяжелых элементов могут делиться на ядра меньшей массы при внешнем воздействии
  Цепные реакции возможны, если масса ядерного топлива превышает минимальную критическую массу
  
  

• 29 слайд

  Цепная реакция деления ядер урана
  Коэффициент размножения нейтронов – зависимость временного протекания цепной реакции.
  k ≥ 1 – число выделившихся нейтронов увеличивается с течением времени;
  k < 1 – число выделившихся нейтронов уменьшается с течением времени и реакция невозможна;
  k = 1 – стационарное течение ядерной реакции;
  k = 1,01 – наступает мгновенно взрыв
  

• 30 слайд

  ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР
  Ядерный реактор – устройство, в котором выделяется тепловая энергия в результате управляемой цепной реакции деления ядер
  

• 31 слайд

• 32 слайд

  Производство плутония в реакторе
  Ядерные реакторы используются для производства радиоактивных изотопов
  

• 33 слайд

  Принципиальная конструкция атомной бомбы
  

• 34 слайд

  АТОМНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
  ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
  Ядерный реактор – основной элемент атомной электростанции (азс), преобразующий тепловую ядерную энергию в электрическую. Эта энергия преобразуется в энергию пара, вращающего паровую турбину. Паровая турбина в свою очередь вращает ротор генератора, вырабатывающего электрический ток.
  

• 35 слайд

  Работа на современной АЭС
  ЗАЛ УПРАВЛЕНИЯ СТАНЦИЕЙ
  генератор
  

• 36 слайд

  Атомные электростанции
  

• 37 слайд

  ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ
  Термоядерный синтез – реакция, в которой при высокой температуре, большей чем 107К, из лёгких ядер синтезируются более тяжелые
  

• 38 слайд

  УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
  Российские физики А.Д.Сахаров и И.Е.Тамм предложили применять плазменную конфигурацию в форме тора, которая используется в установке УТС «Токамак»
  

• 39 слайд

  НЕУПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ
  КОНСТРУКЦИЯ БОМБЫ
  ТЕРМОЯДЕРНАЯ БОЕГОЛОВКА
  Неуправляемый термоядерный синтез осуществляется при взрыве водородной (термоядерной) бомбы, зарядом которой является дейтерид лития LiD. В качестве запала используется атомная бомба.
  

• 40 слайд

  БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
  Радиоактивное излучение (включающее гамма – и рентгеновское излучение, электроны, протоны, α-частицы, ионы тяжелых элементов) называют также ионизирующим излучением, так как проходя через живую ткань, оно вызывает ионизацию атомов. В любой точке пространства существует ионизирующее излучение, или естественный фон радиации.
  ВКЛАД ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РАДИАЦИОННЫЙ ФОН
  
  

• 41 слайд

  Биологическое действие р/а излучений
  механизм воздействия
  Изменение химической активности клеток (деление клеток замедляется)
  Поражение костного мозга
  Нарушение процесса образования крови
  Поражение клеток пищеварительного тракта
  Изменение генов в хромосомном наборе (наследственность)
  

• 42 слайд

  ДОЗА ПОГЛОЩЕНННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
  

• 43 слайд

  Воздействие р/а излучения характеризуется:
  Доза излучения
  Е – поглощенная энергия;
  m – масса тела
  D [Гр=Дж/кг]
  Экспозиционная доза излучения
  q – суммарный заряд образованного излучением фотонов;
  m – масса тела
  ЭДИ [Кл/кг]
  

• 44 слайд

  Внесистемная единица:
  1 Р(бэр) = 2,58*10(-4) Кл/кг
  

• 45 слайд

• 46 слайд

  Меры предосторожности:
  Нельзя брать в руки банки с обозначениями радиации
  Упаковка с р/а элементом должна находиться в алюминиевом сосуде с толщиной стенки более 6 см
  Нельзя смывать р/а отходы в канализацию
  Знать, что р/а лучи отражаются
  

• 47 слайд

  УСПЕХОВ В ОБУЧЕНИИ!