Глава 13. Физика атомного ядра

Упражнение 14. Краткие итоги главы 13

Упражнение 14

1. В результате последовательной серии радиоактивных распадов уран превращается в свинец Сколько α- и β-превращений он при этом испытывает?

2. Период полураспада радия Т = 1600 лет. Через какое время число атомов уменьшится в 4 раза?

3. Во сколько раз уменьшится число атомов одного из изотопов радона за 1,91 сут.? Период полураспада этого изотопа радона Т = 3,82 сут.

4. Пользуясь периодической системой элементов Д. И. Менделеева, определите число протонов и число нейтронов в ядрах атомов фтора, аргона, брома, цезия и золота.

5. Чему равна энергия связи ядра тяжелого водорода — дейтрона? Атомная масса ядра дейтрона m_D = 2,01355 а. е. м, протона m_р = 1,00728 а. е. м, нейтрона m_n = 1,00866 а. е. м; масса атома углерода т_с = 1,995 • 10^-26 кг.

6. При бомбардировке ядер бора протонами получается бериллий Какое еще ядро образуется при этой реакции?

7. В результате деления ядра урана , захватившего нейтрон, образуются ядра бария и криптона а также три свободных нейтрона. Удельная энергия связи ядер бария 8,38 МэВ/нуклон, криптона 8,55 МэВ/нуклон и урана 7,59 МэВ/нуклон. Чему равна энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана?

Краткие итоги главы 13

1. В ядерной физике изучаются структура и превращения ядер. Для регистрации и изучения столкновений и взаимных превращений атомных ядер и элементарных частиц используют специальные устройства. К их числу относятся счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера, фотоэмульсии.

2. В конце XIX в. А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Радиоактивность — явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие, сопровождающееся испусканием различных частиц. Такие химические элементы, как уран, торий и др., самопроизвольно (без внешних воздействий) излучают α-, β- и γ-лучи. Природа этих лучей различна: у-лучи — это электромагнитные волны малой длины волны (10^-10—10^-13 м), β-лучи — это поток электронов, а α-лучи представляют собой поток ядер атомов гелия.

3. Э. Резерфорд установил, что радиоактивный распад есть самопроизвольное превращение атомных ядер, сопровождающееся испусканием различных частиц. Согласно закону радиоактивного распада для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого его активность убывает в два раза. Этот интервал времени называют периодом полураспада. В зависимости от вещества период полураспада меняется в широких пределах: от миллиардов лет до долей секунды.

4. Резерфорд впервые произвел искусственное превращение атомных ядер, бомбардируя их α-частицами, испускаемыми радиоактивными веществами. Д. Чедвик с помощью подобных опытов открыл новую элементарную частицу — нейтрон. Заряд нейтрона равен нулю, а масса примерно равна массе протона (лишь незначительно превышая ее).

5. В. Гейзенберг и Д. Д. Иваненко предложили протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро состоит из протонов и нейтронов. Массовое число ядра А равно сумме числа протонов Z и числа нейтронов N:

А = Z + N.

6. Ядра с одним и тем же числом протонов Z, но с разным числом нейтронов N называются изотопами. Их химические свойства тождественны.

7. Протоны и нейтроны удерживаются внутри ядра мощными короткодействующими силами. Эти силы называются ядерными.

8. Важнейшим для всей ядерной физики является понятие энергии связи. Энергия связи Е_св равна той энергии, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядер в миллионы раз превышает энергию ионизации атомов.

9. Изменения ядер при их взаимодействии друг с другом (или с элементарными частицами) называют ядерными реакциями. При ядерных реакциях происходит выделение или поглощение энергии.

Большинство ядерных реакций наблюдается при столкновении ядер с заряженными элементарными частицами или легкими ядрами большой энергии. Такую энергию они приобретают в ускорителях элементарных частиц или ионов. Нейтроны не отталкиваются ядрами и поэтому могут вызывать ядерные реакции при небольших энергиях.

10. Ядра урана, тория и других тяжелых элементов способны делиться под влиянием нейтронов. При этом выделяется энергия порядка 200 МэВ. При делении ядра испускается два-три нейтрона. Это позволяет осуществить управляемую цепную реакцию в ядерных реакторах. Неуправляемая реакция деления ядер используется в атомных бомбах.

11. При столкновениях легкие ядра могут сливаться с выделением энергии. Такие ядерные реакции могут проходить только при высоких температурах и поэтому называются термоядерными. За счет термоядерных реакций Солнце и звезды выделяют энергию на протяжении миллиардов лет. Осуществить управляемую термоядерную реакцию пока не удается.

12. В нашей стране была построена первая в мире атомная электростанция. Развивается строительство мощных атомных электростанций. После аварии на Чернобыльской АЭС приняты дополнительные меры по безопасности атомных реакторов.

13. Радиоактивные изотопы, получаемые с помощью ядерных реакторов и ускорителей частиц, находят применение в науке, медицине, сельском хозяйстве и промышленности.

14. Радиоактивные излучения представляют большую опасность для живых организмов. При работе с ними необходимо прибегать к специальным мерам защиты.