Презентация для учащихся по физике на тему "Ядерные реакции"

Дидактический материал для обучающихся По теме: Ядерные реакции

 Важнейшую роль в объяснении механизма многих ядерных реакций сыграло предположение Н. Бора (1936 г.) о том, что ядерные реакции протекают в две стадии по следующей схеме:        Первая стадия – это захват ядром X частицы a, приблизившейся к нему на расстояние действия ядерных сил (примерно 2*10-15м), и образование промежуточного ядра С, называемого составным (или компаунд-ядром). Энергия влетевшей в ядро частицы быстро распределяется между нуклонами составного ядра, в результате чего оно оказывается в возбуждённом состоянии. При столкновении нуклонов составного ядра, один из нуклонов (или их комбинация, например дейтрон) или α-частица могут получить энергию, достаточную для вылета из ядра. В результате наступает вторая стадия ядерной реакции – распад составного ядра на ядро Y и частицу b. Некоторые реакции протекают без образования составного ядра, они называются прямыми ядерными взаимодействиями(например реакции, вызываемые быстрыми нуклонами и дейтронами). Деление тяжёлых ядер — экзотермический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. В результате слияния легких ядер освобождается большая энергия, так как образовавшееся новое ядро имеет большую удельную энергию связи, чем исходные ядра. Термоядерная реакция — это экзоэнергетическая реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре (107 К).

Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам:        ·     по роду участвующих в них частиц – реакции под действием нейтронов; реакции под действием заряженных частиц (например протонов, дейтронов, α-частиц); реакции под действием γ-квантов;        ·     по энергии вызывающих их частиц – реакции при малых энергиях (порядка электронвольтов), происходящие в основном с участием нейтронов; реакции при средних энергиях (порядка до нескольких МэВ), происходящие с участием γ-квантов и заряженных частиц (протоны, α-частицы); реакции, происходящие при высоких энергиях (сотни и тысячи МэВ), приводящие к появлению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеющих большое значение для их изучения;        ·     по роду участвующих в них ядер – реакции на лёгких ядрах (А < 50); реакции на средних ядрах (50 < A < 100); реакции на тяжёлых ядрах (A > 100);        ·     по характеру происходящих ядерных превращений – реакции с испусканием нейтронов; реакции с испусканием заряженных частиц; реакции захвата (в этих реакциях составное ядро не испускает никаких частиц, а переход в основное состояние, испускании одинго или нескольких γ-квантов).

1934 г., Э.Ферми – облучал нейтронами почти все элементы периодической системы. Нейтроны, не имея заряда, беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. 13Al27 + 0n 1→ 11Na24 + 2He24 α- распад: Z XA Z-2 YA-4 +2 He4 β распад: Z XA Z+1 YA +-1 e0 Что является общим признаком ядерной реакции и радиоактивного распада? Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Почему протоны, ядра атомов реже применяют для бомбардировке ядер?

Удельная энергия связи (не считая самых легких ядер) примерно постоянна и равна 8МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Сравните энергии связи урана и образовавшихся осколков. Сделайте вывод. Первая ядерная реакция осуществлена на быстрых протонах в 1932г (расщепление лития на две α-частицы) . Почему протоны должны были иметь большую кинетическую энергию? Удельная энергия связи нуклонов в ядрах с массовым числом A ≈ 240 порядка 7,6 МэВ/нуклон, в то время как в ядрах с массовыми числами A = 90–145 удельная энергия примерно равна 8,5 МэВ/нуклон. Следовательно, при делении ядра урана освобождается энергия порядка 0,9 МэВ/нуклон или приблизительно 210 МэВ на один атом урана. Оценку выделяющей при делении ядра энергии можно сделать с помощью удельной энергии связи нуклонов в ядре.

Больше всего урана в граните - 25г на каждую тонну. Количество урана в слое литосферы толщиной 20 км оценивается в 1,3·1014 т. Содержание в органах и тканях человека и животных не превышает 10-7 г Деление ядра - ядерная реакция разделения тяжелого ядра, возбужденного захватом нейтрона, на две приблизительно равные части, называемые продуктом деления (осколками). При делении 1 ядра урана - 235 выделяется энергии Q ≈ 200МэВ = 3,2*10-11 Дж –это в десятки миллионов раз превосходит энергию химических превращений. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти γ-излучение α -излучение

Fяс > Fэл Прит. > оттал. r ≈ 10 -15 м Fяс < Fэл n и гамма излучение

Fяс > Fэл Прит. > оттал. r ≈ 10 -15 м Fяс < Fэл 92U235 0n1 56Ba144 36Kr89 0n1 0n1 0n1 92U236 Скорость нейтрона ≈ 1000 м/с и гамма излучение

235 91 142 Деление происходит под действием кулоновских сил Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергия связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обуславливается кулоновскими силами. Н. Бор предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости.

По схеме протекания реакции предположите её название и сформулируйте необходимые и достаточные условия её протекания.

При каких условиях можно осуществить цепную ядерную реакцию в уране? Нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана cпособны вызвать деление лишь ядер урана -235. Ядра урана -238 просто захватывают нейтроны без деления. В природном уране на долю изотопов с массовым числом 235 всего 0,72%. Поэтому природный уран нужно обогащать изотопом уран-235 хотя бы до 2,5%. Наиболее эффективное деление ядер урана -235 происходит под действием медленных нейтронов, а вторичные нейтроны – быстрые. Поэтому необходимо замедлять эти нейтроны в 10 миллионов раз. Замедлителем может служить обычная и тяжелая вода, графит. Возможность протекания цепной реакции определяется массой урана, количеством примесей в нем, наличием оболочки и замедлителя.

3. Критическая масса — минимальное количество делящегося вещества, необходимое для начала самоподдерживающейся цепной реакции деления Минимальное значение радиуса шара при котором возникает цепная реакция называется критическим радиусом. Если масса (и соответственно размеры) куска урана слишком мала, то многие нейтроны вылетят за его пределы, не успев встретить на своем пути ядро, вызвать его деление и породить таким образом новое поколение нейтронов, необходимых для продолжения реакции. В этом случае цепная реакция прекратится. Так например для шарообразного куска чистого изотопа урана-235 критическая масса составляет около 45 кг, для высокообогащённого (94 % U-235) составит уже 52 кг при этом его радиус составляет всего 9см, поскольку уран имеет очень большую плотность. Уменьшить потерю нейтронов (которые вылетают из урана, не прореагировав с ядрами) можно не только за счет увеличения массы урана, но и с помощью специальной отражающей оболочки. Для этого кусок урана помещают в оболочку, сделанную из вещества, хорошо отражающего нейтроны (например, из бериллия). Применяя замедлитель и отражающую оболочку, и уменьшая количество примесей, удается снизить критическую массу урана до 0,8 кг

Можно ли управлять цепной ядерной реакцией? Скорость цепной ядерной реакции характеризуется коэффициентом размножения нейтронов – отношением числа нейтронов одного поколения к числу нейтронов предыдущего поколения - число нейтронов одного поколения - число нейтронов предыдущего поколения Если k < 1, реакция быстро затухает, Если k = 1, то реакция протекает с постоянной интенсивностью (управляемая в ядерных реакторах), Если k >1, то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву К можно изменять, вводя в активную зону стержни из бора или кадмия, которые активно поглощают нейтроны.

Существует два вида цепной ядерной реакции: Неуправляемая цепная ядерная реакция- взрыв, при K>1 Управляемая цепная ядерная реакция, при K=1. (Атомные электростанции) При k <1 реакция затухает.

Домашнее задание: §74,75 Успехов в усвоении!!! Рефлексия: Я узнал, что………… Я поражён тем, что……… Я думаю, что………….. Для меня урок…………. Продолжи фразу!