Конспект по физике на тему "Ядерные реакции" 11 класс

Урок физики по теме "Ядерные реакции". 11-й класс

Цель урока: выяснить, что представляют ядерные реакции, когда происходит выделение и поглощение энергии.

Задачи урока: ознакомить учащихся с ядерными реакциями, с процессами изменения атомных ядер, превращением одних ядер в другие под действием микрочастиц. Подчеркнуть, что это отнюдь не химические реакции соединения и разъединения атомов элементов между собой, затрагивающие только электронные оболочки, а перестройка ядер как систем нуклонов, превращение одних химических элементов в другие.

Ход урока:

1. Оргмомент

2.Самостоятельная работа с самопроверкой.

Проверочная работа по теме «Строение атома и атомного ядра. » Вариант I 1. Определите нуклонный состав ядер Na, фтора F, менделевия Md. 2. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 7р+7n;  84р+126n.	Проверочная работа по теме «Строение атома и атомного ядра. » Вариант II 1. Определите нуклонный состав ядер Ne, серебра Ag,  кюрия Cm. 2. Назовите химический элемент, в атомном ядре которого содержатся нуклоны: 33р+42n;  18р+22n.

   Ответы к проверочной работе.

№	Вариант I	Вариант II
1	11р+12n; 9р+10n; 101р+156n	10р+12n; 47р+60n; 96р+151n
2	14 7N; 210 84Ро	75 33As; 40 18Ar

3. Анализ с/работы, выставление оценок.

4. Изучение нового материала (лекция):

ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры A (a, b) B или А + а → В + b.

Что общего и в чем различие ядерной реакции и радиоактивного распада?

Общим признаком ядерной реакции и радиоактивного распада является превращение одного атомного ядра в другое.

Но радиоактивный распад происходит самопроизвольно, без внешнего воздействия, а ядерная реакция вызывается воздействием бомбардирующей частицы.

Виды ядерных реакций:

- через стадию образования составного ядра;

- прямая ядерная реакция (энергия больше 10 МэВ);

- под действием различных частиц: протонов, нейтронов, …;

 - синтез ядер;

- деление ядер;

 - с поглощением энергии и с выделением энергии.

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер.  Резерфорд бомбардировал атомы азота α-частицами. При соударении частиц происходила ядерная реакция, протекавшая по следующей схеме:
¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + ¹₁H

Условия протекания ядерных реакций

Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления действия сил кулоновского отталкивания. Незаряженные частицы, например нейтроны, могут проникать в атомные ядра, обладая сколь угодно малой кинетической энергией. Ядерные реакции могут протекать при бомбардировке атомов быстрыми заряженными частицами (протоны, нейтроны, α-частицы, ионы).

Первая реакция бомбардировки атомов быстрыми заряженными частицами была осуществлена с помощью протонов большой энергии, полученных на ускорителе, в 1932 году:
⁷₃Li + ¹₁H → ⁴₂He + ⁴₂He

Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы необходимо, чтобы частица обладала кинетической энергией, достаточной для преодоления действия сил кулоновского отталкивания. Незаряженные частицы, например нейтроны, могут проникать в атомные ядра, обладая сколь угодно малой кинетической энергией.

Механизм ядерных реакций

Два этапа ядерной реакции:

·         поглощение частицы ядром и образование возбужденного ядра. Энергия распределяется между всеми нуклонами ядра, на долю каждого из них при этом приходится энергия, меньшая удельной энергии связи, и они не могут проникнуть в ядро. Нуклоны обмениваются между собой энергией, и на одном из них или на группе нуклонов может сконцентрироваться энергия, достаточная для преодоления сил ядерной связи и освобождения из ядра.

·         испускание частицы ядром происходит подобно испарению молекулы с поверхности капли жидкости. Промежуток времени от момента поглощения ядром первичной частицы до момента испускания вторичной частицы составляет примерно 10^-12с.

Законы сохранения при ядерных реакциях

При ядерных реакциях выполняется несколько законов сохранения: импульса, энергии, момента импульса, заряда. В дополнение к этим классическим законам при ядерных реакциях выполняется закон сохранения так называемого барионного заряда (т.е. числа нуклонов – протонов и нейтронов). Выполняется также ряд других законов сохранения, специфических для ядерной физики и физики элементарных частиц.

Решение задач

1. В результате реакции синтеза ядра дейтерия с ядром  образуется ядро бора и нейтрон в соответствии с реакцией:

Каковы массовое число X и заряд Y (в единицах элементарного заряда) ядра, вступившего в реакцию с дейтерием?

X	Y

Решение.

В ходе ядерной реакции выполняется закон сохранения массового числа, то есть суммарного числа протонов и нейтронов. Следовательно, массовое число неизвестного ядра равно  Кроме того выполняется закон сохранения электрического заряда, отсюда находим, что заряд ядра равен 

Ответ: 94.

2.Каково массовое число ядра  в реакции ?

Решение.

В ходе ядерной реакции выполняется закон сохранения массового числа, поэтому сумма массовых чисел до реакции равна сумме массовых чисел после реакции. Следовательно, массовое число ядра равно 

Ответ: 243.

3. Задание 19 № 9746

Определите число протонов и нейтронов в атомном ядре неизвестного элемента X, участвующего в ядерной реакции  В ответе запишите число протонов и число нейтронов слитно без знаков препинания между ними.

Число протонов	Число нейтронов

Решение.

В соответствии с законами сохранения массового числа и заряда получаем:

Отсюда следует, что в неизвестном ядре 3 протона и 3 нейтрона.

Ответ: 33.

4. Задание 19 № 9778

Определите число протонов и нуклонов в атомном ядре неизвестного элемента X, участвующего в ядерной реакции  В ответе запишите число протонов и число нуклонов слитно без знаков препинания между ними.

Число протонов	Число нуклонов

Решение.

В соответствии с законами сохранения массового числа и заряда получаем:

Отсюда следует, что в неизвестном ядре 7 протонов и 14 нуклонов.

Ответ: 714.

5.       Допишите ядерные реакции:

o    ⁹₄Be + ¹₁H → ¹⁰₅B + ?

o    ¹⁴₇N + ? → ¹⁴₆C + ¹₁p

o    ¹⁴₇N + ⁴₂He → ? + ¹₁H

o    ²⁷₁₃Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + ? (1934 г. Ирен Кюри и Фредерик Жолио-Кюри получили радиоактивный изотоп фосфора)

o    ? + ⁴₂He → ³⁰₁₄Si +¹₁p

Физминутка

Самостоятельная работа

Вариант 1

1. Напишите уравнения следующих ядерных реакций:

1.     алюминий (²⁷₁₃Al) захватывает нейтрон и испускает α-частицу;

2.     азот (¹⁴₇N) бомбардируется α-частицами и испускает протон.

2. Закончите уравнение ядерных реакций:

1.     ³⁵₁₇Cl + ¹₀n → ¹₁p +

2.     ¹³₆C + ¹₁p →

3.     ⁷₃Li + ¹₁p → 2

4.     ¹⁰₅B + ⁴₂He → ¹₀n +

5.     ²⁴₁₂Mg + ⁴₂He → ²⁷₁₄Si +

6.     ⁵⁶₂₆Fe + ¹₀n → ⁵⁶₂₅Mn +

Ответы: а) ¹³₇N; б) ¹₁p; в) ¹₀n; г) ¹⁴₇N; д) ⁴₂He; е) ³⁵₁₆S

3. Определите энергетический выход реакций:

1.     ⁷₃Li + ¹₀n → ⁴₂He  + 13H;

2.     ⁹₄Be + ⁴₂He  → ¹₀n + ¹³₆C.

Вариант 2

1. Напишите уравнения следующих ядерных реакций:

1.     фосфор(³¹₁₅Р) захватывает нейтрон и испускает протон;

2.     алюминий (²⁷₁₃Al) бомбардируется протонами и испускает α-частицу.

2. Закончите уравнение ядерных реакций:

1.     ¹⁸₈О + ¹₁p → ¹₀n +

2.     ¹¹₅B + ⁴₂He → ¹₀n +

3.     ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈О +

4.     ¹²₆C + ¹₀n → ⁹₄Be +

5.     ²⁷₁₃Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅Р +

6.     ²⁴₁₁Na → ²⁴₁₂Mg + ⁰_-1е +

Ответы: а) ⁴₂He; б) ¹⁸₉F; в) ¹⁴₇N; г) ¹₀n; д) γ; е) ¹₁p

3. Определите энергетический выход реакций:

1.     ⁶₃Li + ¹₁p → ⁴₂He + ³₂He;

2.     ¹⁹₉F + ¹₁p → ⁴₂He + ¹⁶₈O.

Подведение итогов

Ревлексия

Домашнее задание: № 1235 – 1238. (А.П.Рымкевич)