Ядерные реакции презентация

Ядерные реакции – искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами или друг с другом.
Для ядерных реакций справедливы общие законы сохранения электрического заряда, числа нуклонов, энергии, импульса, массы

α-распад
зарядовое число
массовое число (число нуклонов)
Закон сохранения зарядового числа: 88 = 86 +2
Закон сохранения числа нуклонов (массового числа): 226 = 222 + 4
Иллюстрация законов сохранения
22688Ra 22286Rh + 42He

Закон сохранения энергии
Первая проверка уравнения Эйнштейна E = mc2, была проведена, когда Резерфорд произвел обстрел ядрами водорода легкого металла лития.
11Н + 73Li ? 242H + Ek
Ядро водорода
Кинетическая энергия
Ядро лития
По фотографиям, полученным в камере Вильсона, были измерены скорости α-частиц (ядер гелия) и вычислена их кинетическая энергия. Эта энергия оказалась эквивалентной потерянной массе в соответствии с формулой Эйнштейна. Тем самым было доказано, что масса частиц может уменьшаться, а вместо пропавшей части массы появляется энергия в эквивалентом количестве, как и предсказал Эйнштейн

СВОИСТВА ЛУЧЕЙ
В 1899 году Э. Резерфорд в результате экспериментов обнаружил, что радиоактивное излучение неоднородно и под действием сильного магнитного поля распадается на две составляющие, α - и β -лучи. Третью составляющую, γ -лучи, обнаружил французский физик П. Вилард в 1900 году.

α-излучение
α-лучи – это поток ядер атомов гелия. Они заряжены положительно. От других видов радиоактивного излучения α -лучи отличаются малой проникающей способностью, то есть интенсивностью их поглощения различными веществами. α -лучи не могут пробить лист бумаги, толщиной 0,1 мм.

β-излучение
β-лучи представляют собой поток электронов, скорости которых близки к значению скорости света. Проникающая способность β-лучей выше, чем α-излучения.
Защитой от β-лучей может являться алюминиевая пластина толщиной в несколько миллиметров.

γ-излучение
γ-лучи представляют собой электромагнитное излучение. Обладают очень высокой проникающей способностью. Чем больше атомный номер поглощающего вещества, тем лучше вещество поглощает γ-лучи.
Проникающая способность γ-лучей настолько велика, что слой свинца толщиной 1 см уменьшает интенсивность этого излучения всего в два раза.

γ-излучение
γ-излучение связано с переходом ядра из возбужденного состояния с высоким уровнем энергии на более низкий уровень.
γ-излучение может сопровождать α и β-распады.
γ-излучение не вызывает изменения заряда, а масса ядра изменяется на очень малую величину.

Классификация ядерных реакций
Радиоактивный распад
Ядерные реакции на нейтронах
Ядерные реакции под действием заряженных частиц
Ядерные реакции деления

α-распад
Превращения атомных ядер, сопровождаемые испусканием α-частиц (ядро гелия 42Не) называется α-распадом.
А – массовое число, Z – зарядовое число
АZX
А-4Z-2Y
42Не
+
+
γ
Символ «материнского» ядра
Символ «дочернего» ядра
Ядро гелия
42Не
Электро- магнитное излучение
γ-излучение испускается ядром А-4Z-2Y при переходе из возбужденного состояния в стационарное

β-распад
Превращения атомных ядер, сопровождаемые испусканием потока электронов называется β – распадом.
А – массовое число, Z – зарядовое число
АZX
АZ+1Y
0-1 e
+
+
γ
Протон-нейтронное строение ядра теоретически исключает возможность вылета из ядра электронов, т.к. их в ядре нет. Э. Ферми разработал теорию β-распада.
Символ «материнского» ядра
Символ «дочернего» ядра
Электрон
Электро- магнитное излучение

ГИПОТЕЗА Энрико ФЕРМИ
В ядре возможно взаимные превращения нуклонов. В результате появляются электроны 0-1е и антинейтрино ν. Антинейтрино не имеет массы покоя и электрического заряда.
Такой процесс обусловлен особым типом взаимодействия – слабым взаимодействием:
~
10n
11p
0-1 e
+
+
ν
~
По закону сохранения энергии это превращение сопровождается выделением энергии, т.к. масса нейтрона больше массы протона.
Е = Δmc2

27 Al
13
Капельная модель ядерных реакций
I. Нейтрон влетает в ядро
II. Ядро «разогревается»
III. Энергия сосредотачивается на группе частиц
IV. Вылетает α-частица Ядро «охлаждается»
10n + 2713Al ? 2813Al ? 2411Na + 42Не
Великий итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев гораздо более эффективными, чем быстрые. Вероятность столкновения медлен-ных нейтронов с ядрами выше.
Ядерная реакция на нейтронах

Ядерная реакция под действием заряженных частиц
В ядро может попасть заряженная частица кинетическая энергия которой достаточна для преодоления кулоновского отталкивания от ядра. Эта энергия сообщается протонам, ядрам дейтерия 21Н, α-частицам ускорителем элементарных частиц. Первая искусственная ядерная реакция осуществлена Резерфордом в 1919 году.
I. Бомбардиру-ющая частица
II. Исходное ядро
III. Возбужденное промежуточное ядро
IV. Новое ядро
147N + 42He ? 189F ? 178O + 11p

Капельная модель ядерных реакций
(Гамов Г.А., Френкель Я.И., Бор Н.)
10n + 23592U ? 23692U = 13755Cs + 9737Rb + 2 10n
Поглотив нейтрон, ядро возбуждается, деформируется, приобретает вытянутую форму
Ядро разрывается
Ядро напоминает заряженную капельку жидкости

При ядерных реакциях обязательно выполняются различные законы сохранения: электрического заряда, числа нуклонов, превращения энергии, сохранения импульса, сохранения массы.
Познакомились с ядерными реакциями и их классификацией
ВЫВОД:

Проверь себя!

Кто экспериментально доказал существование атомного ядра?
А. М. Кюри; Б. Резерфорд; В. Беккерель; Г. Томсон.
Сколько электронов содержится в электронной оболочке нейтрального атома, если в атомном ядре 20 протонов и 17 нейтронов?
А. 20; Б. 37; В. 17; Г. 3.
Какой вид радиоактивного излучения наиболее опасен при внутреннем облучении человека?
А. β – излучения; Б. γ – излучения; В. α – излучения; Г. все три одинаково опасны.
Ядро состоит из 90 протонов и 144 нейтронов. После испускания двух β частиц, а затем одной α частицы, это ядро будет иметь:
А. 85 протонов, 140 нейтронов; Б. 87 протонов, 140 нейтронов;
В. 90 протонов, 140 нейтронов; Г. 87 протонов, 140 нейтронов.
Какое недостающее ядро надо вставить вместо Х в ядерную реакцию?
А. ; Б. ; В. ; Г. .
Сколько протонов Z и нейтронов N в ядре ?
А. Z = 235, N = 92; Б. Z = 92, N = 143; B. Z = 235, N = 143.
Ядро азота захватило α частицу и испустило протон Ядро какого элемента образовалось?
Определите количество нейтронов в ядре элемента, получившегося в результате трех
последовательных α распадов ядра тория .
А. 144; Б. 140; В. 232; Г. 138.