Требования к оформлению контрольных заданий и разъяснения по использованию таблиц

 

Данилова О.Т.

 

ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

 

 

Учебно – методическое пособие

 

 

Омск

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОМСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

 

Кафедра «Торговое дело»

 

Данилова О.Т.

 

 

ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

Учебно – методическое пособие

 

Для студентов, обучающихся по специальности:

080401 «Товароведение и экспертиза товаров

(продовольственных, непродовольственных)»

 

Омск

УДК 53 (075.4)

Д 18

Рецензенты:

Широков И.В., д.ф.-м.н., профессор Омского филиала НГАВТ

Худякова О.Д., заместитель директора по научно-методической работе, к.т.н., Омского института (филиала) РГТЭУ

 

 

Данилова, О.Т. Физика атомного ядра: Учебно–методическое пособие. / О.Т. Данилова – Омск: Издатель ИП Погорелова Е.В., 2009. – 138 с.

 

Учебно – методическое пособие предназначено для студентов очной, заочной форм обучения по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров (продовольственных, непродовольственных)» по курсу «Физика». Оно содержит общие рекомендации к решению и оформлению задач, указания к решению задач по теме «Физика атомного ядра», примеры решения, вопросы для самоконтроля, задачи для самостоятельного выполнения контрольных работ в межсессионный период.

 

 

УДК 53 (075.4)

Ó Данилова О.Т., 2009

Ó Омский институт (филиал) РГТЭУ, 2009.

Методические указания к выполнению самостоятельной работы.

Требования к оформлению контрольных заданий и разъяснения по использованию таблиц.

Настоящее учебно – методическое пособие соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования… Учебно- методическое пособие преследует две цели: а) оказать помощь студентам различных форм обучения в изучении темы «Основные положения молекулярно – кинетической…

Подставить в рабочую формулу наименование единиц (в которых выражены заданные числовые значения) и путем упрощающих действий с ними убедиться в правильности наименования искомой величины.

Подставить в рабочую формулу числовые значения, выраженные в единицах одной системы (рекомендуется - в СИ). Несоблюдение этого правила приводит к неверному результату. Исключение из этого правила допускается лишь для тех однородных величин, которые входят в виде сомножителей в числитель и знаменатель формулы с одинаковыми показателями степени. Такие величины можно выразить в любых единицах, но обязательно в одинаковых.

Произвести расчеты с величинами, подставленными в рабочую формулу, записать в ответе числовое значение и сокращенное наименование единиц измерения искомой величины.

При подстановке в рабочую формулу, а также при выражении ответа числовые значения величин записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на десять в соответствующей степени. Например, вместо 3520 надо записать 3,52103 , вместо 0,00129 записать 1,2910-3 и т.д. Рекомендуемая запись числовых значений облегчает расчетные действия с ними, является более компактной и наглядной.

10. Все задачи полезно решать до конца в общем виде (т.е. в буквенных обозначениях), так чтобы искомая величина была выражена через заданные величины. Решение в общем виде позволяет установить закономерность, показывающую, как зависит искомая величина от заданных величин.

11. Получив решение в общем виде, следует подставить в правую часть рабочей формулы вместо символов величин обозначения единиц, произвести с ними необходимые действия и убедиться в том, что полученная при этом единица соответствует искомой величине. Неверная единица измерения есть явный признак ошибочности решения.

12. Числовые значения физических величин всегда являются приближенными. Поэтому при расчетах необходимо руководствоваться правилами действий с приближенными числами. В частности, в полученном значении вычисленной величины нужно сохранить в последнем тот знак, единица которого еще превышает погрешность этой величины. Все следующие цифры надо отбросить.

13. При подстановке в рабочую формулу, а также при записи ответа числовые значения следует записывать как произведение десятичной дроби с одной значащей цифрой перед запятой на соответствующую степень десяти. Например, вместо 3520 надо записать , вместо 0,00129 записать и т.д.

14. Получив числовой ответ, оцените его правдоподобность. Такая оценка поможет в ряде случаев обнаружить ошибочность полученного результата. Так, например, радиус атома не может быть порядка 1 м, скорость тела нее может оказаться больше скорости света в вакууме и т.п.

По данной теме студенты должны выполнить самостоятельную работу, содержащую 5 задач различного уровня сложности и два контрольных вопроса.

По степени сложности задачи различают по трем уровней:

- репродуктивные, связанные с воспроизведением информации в том виде, в котором она излагалась в учебном издании или преподавателем;

- стереотипные, представляющие собой выполнение работы по образцу;

- творческие, предполагающие самостоятельное отыскание способа выполнения задания.

Номера задач и вопросов, а также срок сдачи задания определяются преподавателем.

Навыки в решении задач оцениваются преподавателем по результатам проверки самостоятельной работы и опроса студентов на практических занятиях.

 

Критерии оценивания индивидуальных заданий

  20 баллов Задача решена верно. В оформлении присутствует «Дано», «Найти», чертеж. Указаны основные законы и формулы, на…   баллов В решении имеются недочеты, нет чертежа, …

Модели атомного ядра

Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории - с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда… В атоме Томсона положительное электричество "распределено" по сфере,… Резерфорд, усомнившись в этой модели, провёл опыты по изучению рассеяния a-частиц. Его опыт состоял в следующем. Схема…

Строение ядра

Наряду с термином ядро атома часто используется также термин нуклид. Ядро состоит из протонов р, имеющих заряд +е и нейтронов n – нейтральных… Прежде чем дать массу нейтрона и протона, отметим, что в атомной и ядерной физике масса измеряется в атомных единицах…

Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами.

Всего известно около 300 устойчивых изотопов химических элементов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов. Самым…

Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Zе, называются изобарами.

Размер атома составляет единицы ангстрем (1А=10-10м), а ядра ~ 10-4 – 10-5А. Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду… где м.

Примеры решения задач

1. Определите состав ядра .

Решение. В ядре урана число нуклонов (массовое число) А=Z+N=235, а число протонов Z=92, число нейтронов N=A-Z=235-92=143.

2. Каков состав ядра атома лития ?

Решение. Ядро состоит из прготонов и нейтронов. Заряд ядра обусловлен количеством протонов в ядре, следовательно, он равен порядковому номеру элемента Z. По массовому числу А определяют количество протонов и нейтронов в ядре (их сумму), следовательно, количество нейтронов в ядре

N=A-Z.

В ядре лития 3 протона (Z=3) и 7-3=4 нейтрона.

3. Найти радиус ядра изотопа .

Решение. см.

4. Найти, сколько ядер дейтерия и кислорода содержится в 1тяжелой воды?

Решение. так как число килограммов вещества в 1есть его плотность , то число молекул в 1вещества равно , а в 1- равно .

Формула тяжелой воды . Однако в число молекул воды входят молекулы, содержащие не только , но также и ; процентное содержание различных изотопов кислорода в природной массе обозначим соответственно a, b и с.

Атомные массы этих изотопов обозначим , , , а атомную массу дейтерия – через . Тогда молекулярные массы различных соединений , входящих в природную тяжелую воду, равны соответственно

а.е.м.

а.е.м.

а.е.м.

Средняя молекулярная масса природной тяжелой воды

=++

+20,05 а.е.м.

Обозначив плотность тяжелой воды при С через , найдем, что число молекул в 1при С равно

.

Так как в молекуле тяжелой воды содержатся два атома дейтерия и один атом кислорода, то число ядер дейтерия в 1при С равно

.

Число ядер кислорода в тех же условиях равно

.

 

Спин ядра и его магнитный момент

Спин ядра квантуется по закону , где - постоянная Планка, I – спиновое квантовое число, которое принимает значение 0, 1/2, 1, 3/2 ,…

Ядерные силы

В состав ядра кроме нейтронов входят положительно заряженные протоны и они должны бы отталкиваться друг от друга, т.е. ядро атома должно бы… Ядерные силы обладают насыщенностью, т.е. нуклоны взаимодействуют лишь с… В настоящее время в природе известно четыре вида фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и…

Радиоактивность

Минерал без предварительного освещения испускал невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель немедленно ставит… Длинным рядом экспериментов Беккерель шаг за шагом опровергал гипотезу…

Радиоактивность есть самопроизвольное изменение состава ядра, происходящее за время, существенно большее характерного ядерного времени.

Условились считать, что изменение состава ядра должно происходить не раньше, чем через 10^-12 с после его рождения. Распады ядер часто происходят значительно быстрее, но такие распады не принято относить к радиоактивным. Время 10^-12с в ядерных масштабах должно считаться очень большим. За такое время совершается множество внутриядерных процессов, и ядро успевает полностью сформироваться.

Ядра, подверженные радиоактивным превращениям называют радиоактивными, а не подверженные - стабильными.

Большая часть радиоактивных ядер получена искусственно путем бомбардировки мишеней различными частицами.

Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.

Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

 

Закон радиоактивного распада

При решении задач на явление радиоактивности, связанных с радиоактивным распадом, пользуются законом радиоактивного распада: число радиоактивных… где - постоянная радиоактивного распада, или (6.2) где N0 – число радиоактивных ядер в момент t=0.

Метод определения периода полураспада радиоактивного изотопа

Из соотношения (6.1) скорость радиоактивного распада запишется так: (7.1) Подставив в (9) значение из (5) и N из (6), получим: … Записав это уравнение для двух различных моментов времени t1 и t2, и решая их совместно относительно Т1/2, можно…

Примеры решения задач

 

1. Зная постоянную распада ядра, определить вероятность Р того, что ядро распадается за промежуток времени от 0 до t.

Решение. Процесс радиоактивного распада носит статистический характер, а это значит, что если многократно повторять опыты с радиоактивным препаратом, содержащим достаточно большое начальное число ядер , то за промежуток времени от 0 до t распадается каждый раз одна и та же доля ядер . Эта величина, характеризующая относительную частоту события – распада ядра, и принимается за вероятность Р распада ядра в течение данного промежутка времени. Таким образом

где - число нераспавшихся ядер к моменту времени t. Подставив в это равенство вместо N его значение по закону радиоактивного распада и произведя сокращение, получим ответ:

.

2. Определить, сколько ядер в =1,0 мг радиоизотопа церия распадается в течение промежутков времени:

1) =1с; 2) =1 год.

Период полураспада церия Т=285 сут.

Решение. Задача решается с помощью закона радиоактивного распада.

1. Так как , то можно считать, что в течение всего промежутка число нераспавшихся ядер остается практически постоянным и равным их начальному числу . Тогда для нахождения числа распавшихся ядер применим закон радиоактивного распада, записав его так:

или учитывая, что период полураспада Т и постоянная распада связаны соотношением

Чтобы определить начальное число ядер (атомов) , умножим постоянную Авогадро на число молей , содержащихся в данном препарате:

где - начальная масса препарата, - молярная масса изотопа , численно равная (приблизительно) его массовому числу. С учетом предыдущего выражения получим

.

Выразим числовые значения величин, входящих в полученную формулу, в единицах СИ:

Произведя вычисления с учетом того, что ln2 = 0,693, найдем .

2. Так как теперь - величины одного порядка, то дифференциальная форма закона радиоактивного распада здесь неприменима. Поэтому для решения задачи воспользуемся интегральной формой закона, справедливой для любого промежутка .

Тогда получим .

Или .

Так как , то уравнение принимает более простой вид

.

Произведя вычисления, получим .

3. Радиоизотоп с постоянной распада превращается в радиоизотоп с постоянной распада . Считая, что в начальный момент препарат содержал только ядра изотопа , найти, через сколько времени активность радиоизотопа достигнет максимума?

Решение. Активность препарата пропорциональна числу наличных ядер N этого препарата. Поэтому активность а радиоизотопа достигнет максимума тогда, когда максимальным будет число ядер этого радиоизотопа. Закон изменения со временем числа ядер выражается формулой (3). Для отыскания промежутка времени t, которому соответствует максимум функции , продифференцируем эту функцию по времени и приравняем к нулю производную:

Отсюда

Решив это уравнение относительно t, найдем искомое время

 

Активность радиоактивного препарата

Активность любого радиоактивного препарата, в котором ежесекундно распадается N радиоактивных атомов, выражается формулой . (9.1) … Единица активности в СИ – беккерель(Бк). 1 Бк – это активность, при которой за… Часто используется внесистемная единица активности – кюри (Ки), 1Ки=3,7×1010 Бк.

Примеры решения задач

 

1. Найти активность радона, образовавшегося из = 1,0 г радия за одни сутки. Найти также максимальную активность радона. Периоды полураспада радия и радона соответственно равны лет, сут.

Решение. Используя соотношения (8) и (10), запишем для искомой активности

.

Входящие сюда величины выразим через данные , , по формулам:

и .

Тогда, произведя сокращения, имеем

.

Это общая формула, выражающая закон изменения со временем активности одного радиоизотопа (дочернего), полученного в процессе распада другого (материнского). Если учесть вытекающие из условия соотношения и , эту формулу можно упростить. Из первого неравенства следует, что можно пренебречь величиной в разности -. В силу второго неравенства можно принять за единицу первый член, стоящий в скобках. Тогда найдем

.

Произведя расчет, получим

расп/с,

или

Ки =0 б17 Ки.

Анализируя полученную приближенную формулу, с учетом неравенств и , видим, что с ростом времени t величина, стоящая в скобках, приближается по экспоненте к единице. Следовательно,

расп/с=1б0 Ки.

2. Определить начальную активность радиоактивного препарата магния-27 массой 0,2 мкг, а также его активность через время 6 часов.

Решение. Активность А изотопа характеризует скорость радиоактивного распада и определяется отношением числа dN ядер, распавшихся за интервал времени dt, к этому интервалу

А = - , (1)

знак "-" показывает, что число N радиоактивных ядер с течением времени убывает.

Для того, чтобы найти dN/dt, воспользуемся законом радиоактивного распада

N = N_o e^-t, (2)

где N - число радиоактивных ядер, содержащихся в изотопе, в момент времени t, N_o - число радиоактивных ядер в момент времени, принятый за начальный (t=0), - постоянная радиационного распада.

Продифференцируем выражение (2) по времени

dN/dt = -N_oe^-t. (3)

Исключив из формул (1) и (3) dN/dt, находим активность препарата в момент времени t

А =N_oe^-t . (4)

Начальную активность А_о препарата получим при t = 0

А_о = N_{o .} (5)

Постоянная радиоактивного распада связана с периодом полураспада Т_1/2 соотношением

^. (6)

Число N_o радиоактивных ядер, содержащихся в изотопе, равно произведению постоянной Авогадро N_A на количество вещества данного изотопа

N_o = N_A = N_{A .} (7)

где m - масса изотопа, m - молярная масса.

С учетом вырaжений (6) и (7) формулы (5) и (4) принимают вид:

А_о = N_A , (8)

A = N_A. (9)

Произведя вычисления и учитывая, что Т_1/2 = 600 с; ln2 = 0,693; t = 6 ч = 63,6^.10³ с = 2,16^.10⁴ с, получим

А_о=Бк = 5,13 ^. 10¹² Бк =

=Ku ,

Бк = 46^.10^-10 Ku.

3.При археологических раскопках были обнаружены сохранившиеся деревянные предметы, активность ₆С¹⁴ которых оказалась равной 10⁶ распадов в минуту на 1 г содержаще-гося в них углерода. В живом дереве происходит в среднем 14,5 распадов за минуту на 1 г углерода. Исходя из этих данных, определить время изготовления обнаруженных предметов.

Решение. Известно, изотоп ₆С¹⁴ является радиоактивным, его период полураспада Т_1/2(₆С¹⁴) = 5700 лет.

Найдем число атомов ₆С¹⁴ в 1 г.

N = (m/A) N_A = (1/14) 6,02·10²³ =0,42·10²³.

t₀ – настоящий момент времени,

t_* - момент времени, когда были изготовлены деревянные предметы.

Число распадающихся атомов ₆С¹⁴ в момент t₀ и t_* за 1 мин равно ∆N₀ = λ·N₀·∆t; ∆N_* = λ·N·∆t;

Активность пропорциональна числу атомов a₀ = λ·N₀

Активность радионуклида со временем изменяется по экспоненте a_* = a₀·exp(-λ·t_*). Отсюда ln(a₀/a_*)=λ·t_*=(ln2/Т_1/2)·t_*.

Численное значение t_* равно t_* = ln(a₀/a_*)·Т_1/2/ln2 = ln(14,5/10) 5700/0,693 = 3056 лет.

Ответ: деревянные предметы были изготовлены примерно за 3056 лет до настоящего времени.

6.В результате атмосферных испытаний и связанных с ними глобальных выпадений радионуклидов содержание цезия-137 в оленине в северных районах СССР к 1964 г. достигло 1628 Бк/кг. Сколько лет должна храниться такая оленина в холодильниках, чтобы ее удельная активность снизилась до 592 Бк/кг – предельно допустимого загрязне-ния мясных продуктов цезием-137, регламентированного белорусскими нормативами 1990 – 91 г. Целесообразно ли столь длительное хранение оленины?

Решение. Активность изменяется по экспоненте a = a₀·exp(-λ·t). Следовательно, (a₀/a_*) = exp(λ·t_*). Отсюда время хранения оленины в холодильнике равно

t_* = ln(a₀/a_*)×T_1/2/ln2 = ln(628/592)·30,2/0,693 = 44 года.

Ответ: столь продолжительное время хранения оленины в холодильнике для снижения удельной активности цезия следует считать экономически нецелесообразным.

7.Согласно белорусским нормативам 1990 – 91 г активность цезия-137 в пшенице (зерне) должна быть на уровне 370 Бк/кг. Сколько времени пшеница урожая 1990 г, имеющая предельно допустимую активность, должна храниться в элеваторе, чтобы ее активность снизилась до 0,06 Бк/кг –средней активности по цезию-137, произведенной в 1963 г. в СССР? Целесообразно ли такое хранение?

Решение. Удельная активность зерна, содержа-щего радионуклид цезий-137, изменя-ется по экспоненте a = a₀·exp(-λ·t).

В конкретном случае имеем такое

соотношение: a₀/a_СР = exp(λ·t_СР), где t_СР–среднее время хранения зерна на элеваторе. Отсюда

t_СР = ln(a₀/a_СР)·T_1/2/ln2 = ln(370/0,06) 30,2/ln2 = 380 лет.

Ответ: такое зерно хранить не следует.

Радиоактивный распад

Альфа-распадом называется испускание ядрами некоторых химических элементов -частиц. Альфа-распад является свойством тяжелых ядер с массовыми числами… При - радиоактивности заряд ядра уменьшается на 2 единицы, а масса – на 4…  

Примеры решения задач

 

1. Ядро радиоактивного элемента подвергнувшись ряду превращений, потеряло 5 - частиц и 3 -частицы и превратилось в ядро элемента . Определить исходный радиоактивный элемент.

Решение. Потеря - частиц приводит к уменьшению числа Менделеева на единиц, а потеря -частиц приводит к увеличению этого числа на единиц. Таким образом,

откуда

.

На изменение массового числа влияет только потеря - частиц, Каждая из которых имеет массовое число 4:

,

отсюда

.

После подстановки численных значений, получим:

= 83 +2*5-3=90;

=212+5*5=232.

Из таблицы Д.И.Менделеева определяем искомый изотоп:

2.Ядро какого элемента образуется после пяти последовательных α-превращений ₉₂U²³⁴?

Решение. Cогласно правилу радиоактивного смещения при α-распаде образуется новый радиоактивный элемент, смещенный в таблице Менделеева на две клетки влево.

1) ₉₂U²³⁴ →α→ ₉₀X²³⁰ + ₂He⁴, X ≡ Th (торий);

2) ₉₀Th²³⁰ →α→ ₈₈Y²²⁶ + ₂He⁴, Y ≡ Ra (радий);

3) ₈₈Ra²²⁶ →α→ ₈₆Z²²² + ₂He⁴, Z ≡ Rn (радон);

4) ₈₆Rn²²² →α→ ₈₄Q²¹⁸ + ₂He⁴, Q ≡ Po (полоний);

5) ₈₄ Po²¹⁸ →α→ ₈₂D²¹⁴ + ₂He⁴, D ≡ Pb (Свинец).

Ответ: в результате пяти α-распадов образуется изотоп ₈₂Pb²¹⁴.

 

13. 3акон ослабления пучка моноэнергетического γ – излучения или β – частиц

 

При прохождении радиоактивного излучения через вещество плотность его потока уменьшается. 3акон ослабления пучка моноэнергетического γ – излучения или β – частиц имеет вид

,

где j₀ - плотность потока частиц, падающих на поверхность вещества, j - плотность потока на глубине х, μ – линейный коэффициент ослабления.

Интенсивность γ – излучения I после прохождении слоя вещества толщиной x можно определить по формуле

,

где I₀ - интенсивность γ - излучения, падающего на поверхность вещества.

Рисунок 13.1.

 

На рисунке 13.1 приведена зависимость линейного коэффициента ослабления от энергии γ – фотонов для разных веществ.

Энергия связи ядра. Дефект массы ядра

Энергия связи ядра определяется величиной той работы, которую нужно совершить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны без придания им кинетической энергии.

Из закона сохранения энергии следует, что при образовании ядра должна выделяться такая же энергия, какую нужно затратить при расщеплении ядра на составляющие его нуклоны. Энергия связи ядра является разностью между энергией всех свободных нуклонов, составляющих ядро, и их энергией в ядре.

При образовании ядра происходит уменьшение его массы: масса ядра меньше, чем сумма масс составляющих его нуклонов. Уменьшение массы ядра при его образовании объясняется выделением энергии связи

или ,

где - массы протона, нейтрона и ядра соответственно; - дефект массы ядра, представляющий собой разность между суммой масс покоя частиц, составляющих ядро, и массой покоя ядра.

Масса ядра измеряется в атомных единицах массы (а.е.м.) или мегаэлектронвольтах (МэВ). 1 а.е.м. равна массы атома углерода – 12 и составляет кг или 931,4812 МэВ (931,5 МэВ).

В таблицах обычно приводятся массы атомов , которые связаны с массами ядер соотношением

,

где - масса электрона.

Поэтому дефект массы ядра выражается следующим образом

.

Здесь- масса атома водорода (протон + электрон); - масса нейтрона; - масса атома (протоны + электроны); с – скорость света; - энергия связи.

Дефект массы на 1 нуклон рассчитывается по формуле

(14.1)

Энергией связи нуклона в ядре называется физическая величина, равная той работе, которую нужно совершить для удаления нуклона из ядра без сообщения ему кинетической энергии.

Удельной энергией связи ядра называется энергия связи, приходящаяся на один нуклон. Удельная энергия связи ядра составляет в среднем 8 МэВ/нуклон. По мере увеличения числа нуклонов в ядре удельная энергия связи убывает.

Критерием устойчивости атомных ядер является соотношение между числом протонов и нейтронов в устойчивом ядре для данных изобар (А=const).

 

Примеры решения задач

 

1. Вычислить массу ядра изотопа .

Решение. Воспользуемся формулой

.

Атомная масса кислорода =15,9949 а.е.м.;

а.е.м.;

а.е.м.,

т.е. практически весь вес атома сосредоточен в ядре.

2.Вычислить дефект массы и энергию связи ядра ₃Li⁷ .

Решение.Масса ядра всегда меньше суммы масс свободных (находящихся вне ядра) протонов и нейтронов, из которых ядро образовалось. Дефект массы ядра (m) и есть разность между суммой масс свободных нуклонов (протонов и нейтронов) и массой ядра, т.е.

(1)

где Z – атомный номер (число протонов в ядре); А – массовое число (число нуклонов, составляющих ядро); m_p, m_n, m – соответственно массы протона, нейтрона и ядра.

В справочных таблицах всегда даются массы нейтральных атомов, но не ядер, поэтому формулу (1) целесообразно преобразовать так, чтобы в неё входила масса М нейтрального атома.

Можно считать, что масса нейтрального атома равна сумме масс ядра и электрона, составляющих электронную оболочку атома:

,

откуда

.

Выразив в равенстве (1) массу ядра по последней формуле, получим

,

или

Замечая, что m_p+m_e=M_H, где M_H – масса атома водорода, окончательно найдём

(2)

Подставив в выражение (2) числовые значения масс (согласно данным справочных таблиц), получим

Энергией связи ядра называется энергия, которая в той или иной форме выделяется при образовании ядра из свободных нуклонов.

В соответствии с законом пропорциональности массы и энергии

(3)

где с – скорость света в вакууме.

Коэффициент пропорциональности с² может быть выражен двояко: или

Если вычислить энергию связи, пользуясь внесистемными единицами, то

С учётом этого формула (3) примет вид

(4)

Подставив ранее найденное значение дефекта массы ядра в формулу (4), получим

3. Две элементарные частицы – протон и антипротон, имеющие массу по кг каждый, соединяясь, превращаются в два гамма – кванта. Сколько при этом освобождается энергии?

Решение. Находим энергию гамма – кванта по формуле Эйнштейна , где с – скорость света в вакууме.

4.Определить энергию, необходимую для разделения ядра ₁₀Ne²⁰ на ядро углерода ₆С¹² и две альфа-частицы, если известно, что удельные энергии связи в ядрах ₁₀Ne²⁰; ₆С¹² и ₂He⁴ соответственно равны: 8,03; 7,68 и 7,07 МэВ на нуклон.

Решение. При образовании ядра ₁₀Ne²⁰ из свободных нуклонов выделилась бы энергия:

W_Ne = W_cу ·А = 8,03 20 = 160,6 МэВ.

Соответственно для ядра ₆¹²С и двух ядер ₂⁴He:

W_с = 7,68 ·12 = 92,16 МэВ,

W_Не = 7,07· 8 = 56,56 МэВ.

Тогда при образовании ₁₀²⁰Ne из двух ядер ₂⁴He и ядра ₆¹²С выделилась бы энергия:

W = W_Ne – W_c – W_He

W= 160,6 – 92,16 – 56,56 = 11,88 МэВ.

Такую же энергию необходимо затратить на процесс разделения ядра ₁₀²⁰Ne на ₆¹²С и 2₂⁴H.

Ответ. E = 11,88 МэВ.

5. Найти энергию связи ядра атома алюминия ₁₃Al²⁷, найти удельную энергию связи.

Решение. Ядро ₁₃Al²⁷состоит из Z=13 протонов и

A-Z = 27 - 13 нейтронов.

Масса ядра равна

m_я= m_ат - Z·m_е = 27/6,02·10²⁶-13·9,1·10^-31= 4,484·10^-26 кг=

= 27,012 а.е.м.

Дефект массы ядра равен ∆m = Z·m_p+(A-Z)·m _n - m_я

Численное значение

∆m = 13·1,00759 + 14×1,00899 - 26,99010 = 0,23443 а.е.м.

Энергия связи W_св = 931,5·∆m = 931,5·0,23443 = 218,37 МэВ

Удельная энергия связи W_уд = 218,37/27 = 8,08МэВ/нуклон.

Ответ: энергия связи W_св = 218,37 МэВ; удельная энергия связи W_уд = 8,08 МэВ/нуклон.

 

Ядерные реакции

Ядерными реакциями называют процессы превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием друг с другом или с элементарными частицами.

Эту же реакцию можно записать в более короткой символической форме

Примеры решения задач

 

1. Определить неизвестный элемент, образующийся при бомбардировке ядер изотопов алюминия Аl a-частицами, если известно, что один из продуктов реакции нейтрон.

Решение. Запишем ядерную реакцию:

Al + a X + n.

По закону сохранения массовых чисел: 27+4 = А+1. Отсюда массовое число неизвестного элемента А = 30. Аналогично по закону сохранения зарядов 13+2 = Z+0 и Z = 15.

Из таблицы Менделеева находим, что это изотоп фосфора Р.

2. Какая ядерная реакция записана уравнением

?

Решение. Числа, стоящие около символа химического элемента означают: внизу – номер данного химического элемента в таблице Д.И.Менделеева (или заряд данной частицы), а вверху – массовое число, т.е. количество нуклонов в ядре (протонов и нейтронов вместе). По таблице Менделеева замечаем, что на пятом месте находится элемент бор В, на втором – гелий Не, на седьмом =- азот N. Частица - нейтрон. Значит, реакцию можно прочитать так: ядро атома бора с массовым числом 11 (бор-11) после захвата- частицы (одно ядро атома гелия) выбрасывает нейтрон и превращается в ядро атома азота с массовым числом 14 (азот-14).

3. При облучении ядер алюминия – 27 жесткими – квантами образуются ядра магния – 26. Какая частица выделяется в этой реакции? Написать уравнение ядерной реакции.

Решение. По периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева:

По закону сохранения заряда: 13+0=12+Z;

По закону сохранения массового числа:

4. При облучении ядер некоторого химического элемента протонами образуются ядра натрия – 22 и - частицы (по одной на каждый акт превращения). Какие ядра облучались? Написать уравнение ядерной реакции.

Решение. По периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева:

По закону сохранения заряда:

По закону сохранения массового числа:

5. При бомбардировке изотопа азота ₇N¹⁴ нейтронами получается изотоп углерода ₆C¹⁴, который оказывается β-радиоактивным. Написать уравнения обеих реакций.

Решение. ₇N¹⁴+₀n¹→₆C¹⁴+₁H¹; ₆C¹⁴→ _-1e⁰+₇N¹⁴.

6.Стабильным продуктом распада ₄₀Zr⁹⁷ является ₄₂Mo⁹⁷. В результате каких радиоактивных превращений ₄₀Zr⁹⁷ он образуется?

Решение. Запишем две реакции β-распада, происходящие последовательно:

1) ₄₀Zr⁹⁷ →β→ ₄₁X ⁹⁷ +_-1e⁰, X ≡ ₄₁Nb⁹⁷ (ниобий),

2) ₄₁ Nb⁹⁷ →β→ ₄₂Y⁹⁷ +_-1e⁰, Y ≡ ₄₂Mo⁹⁷ (молибден).

Ответ: в результате двух β-распадов из атома циркония образуется атом молибдена.

 

Энергия ядерной реакции

Энергия ядерной реакции (или тепловой эффект реакции) МэВ, (18.1) где - сумма масс частиц до реакции, - сумма масс частиц после реакции.

Примеры решения задач

1. Какая энергия соответствует 1 а.е.м.?

Решение. Так как m= 1 а.е.м.= 1,66 ·10^{-27 кг, то}

Q = 1,66 ·10^-27(3·10⁸)²=14,94·10-¹¹ Дж ≈ 931 (МэВ).

2. Написать уравнение термоядерной реакции и определить ее энергетический выход, если известно, что при слиянии двух ядер дейтерия образуется нейтрон и неизвестное ядро.

Решение.

по закону сохранения электрического заряда:

1 + 1=0+Z; Z=2

по закону сохранения массового числа:

2+2=1+A; A=3

энергия выделяется,

=- 0,00352 а.е.м.

Q =

3. При делении ядра урана – 235 в результате захвата медленного нейтрона образуются осколки: ксенон – 139 и стронций – 94. Одновременно выделяются три нейтрона. Найти энергию, освобождающуюся при одном акте деления.

Решение. Очевидно, что при делении сумма атомных масс результирующих частиц меньше суммы масс исходных частиц на величину

.

Предполагая, что вся освобождающаяся при делении энергия переходит в кинетическую энергию осколков, получаем после подстановки числовых значений:

МэВ.

4. Какое количество энергии выделяется в результате термоядерной реакции синтеза 1 г гелия из дейтерия и трития?

Решение. Термоядерная реакция синтеза ядер гелия из дейтерия и трития протекает по следующему уравнению:

.

Определим дефект массы

Dm=(2,0474+3,01700)-(4,00387+1,0089)=0,01887(а.е.м.)

1 а.е.м. соответствует энергия 931 МэВ, следовательно, энергия, выделившаяся при синтезе атома гелия,

DQ=931.0,01887»17,6(МэВ)

В 1 г гелия содержится /А атомов, где – число Авогадро; А – атомный вес.

Полная энергия Q= (/А)DQ; Q=424×10⁹ Дж.

5. При соударении -частицы с ядром бора ₅В¹⁰ произошла ядерная реакция, в результате которой образовалось ядро атома водорода и неизвестное ядро. Определить это ядро и найти энергетический эффект ядерной реакции.

Решение. Запишем уравнение реакции:

₅В¹⁰ + ₂Не⁴₁Н¹ + _zХ^А

Из закона сохранения числа нуклонов следует, что:

10 + 4 + 1 + А; А = 13

Из закона сохранения заряда следует, что:

5 + 2 = 1 +Z; Z = 6

По таблице Менделеева находим, что неизвестное ядро есть ядро изотопа углерода ₆С¹³.

Энергетический эффект реакции рассчитаем по формуле (18.1). В данном случае:

Q = .

Массы изотопов подставим из таблицы (3.1):

Q = МэВ.

Ответ: _zХ^А = ₆С¹³; Q = 4,06 МэВ.

6. Какое количество теплоты выделилось при распаде 0,01 моля - радиоактивного изотопа за время, равное половине периода полураспада? При- распаде ядра выделяется энергия 5,5 МэВ.

Решение. Согласно закону радиоактивного распада:

=.

Тогда, число распавшихся ядер равно:

.

Так как ν₀, то:

.

Поскольку при одном распаде выделяется энергия равная Е₀ = 5,5 МэВ = 8,8·10^-13 Дж, то:

Q = E_o N_p = N_An_oE_o(1 - ),

Q = 6,02×10²³×0,01×8,8×10^-13×(1 - ) = 1,55×10⁹ Дж

Ответ: Q = 1,55 ГДж.

 

Реакция деления тяжелых ядер

Тяжелые ядра при взаимодействии с нейтронами могут разделяться на две приблизительно равные части – осколки деления. Такая реакция называется… . В этой реакции наблюдается размножение нейтронов. Важнейшей величиной является коэффициент размножения нейтронов k. Он…

Биологическое действие радиоактивных излучении

Живая клетка - это сложный механизм, не способный продолжать нормальную деятельность даже при малых повреждениях отдельных его участков. Между тем… Механизм поражающего биологические объекты действия излучения еще недостаточно… Сильное влияние оказывает облучение на наследственность. В большинстве случаев это влияние является неблагоприятным. …

Доза излучения

Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения. Экспозиционная доза Х ионизирующего излучения - суммарный заряд,… Измеряется в кулонах на килограм (Кл/кг), внесистемная единица - рентген(Р).

Примеры решения задач

1. Экспозиционная доза гамма-излучения на расстоянии 3 км от эпицентра взрыва в атмосфере (на высоте 2,4 км) водородной бомбы с тротиловым эквивалентом в 20 мегатонн (8,4^.10¹⁶ Дж) равна 400 Р. Каково безопасное расстояние от эпицентра (по гамма-излучению), если считать предельно допустимой однократную экспозиционную дозу в 0,5 Р (т.е. в десять раз большую, чем предельно допустимая доза 0,05 Р за 6-часовой рабочий день для персонала). Поглощением и рассеянием гамма-излучения в атмосфере пренебречь.

Решение. Активность точечного излучателя и мощность дозы связаны соотношением

P = К_g^., (23.1)

где Р - мощность дозы; К_g - ионизационная постоянная данного вида излучения, А - активность излучателя, r - расстояние от излучателя до наблюдателя, d - толщина экрана, - коэффициент поглощения в материале экрана.

Если пренебречь поглощением гамма-излучения в атмосфере, то экспозиционная доза Х на некотором расстоянии r от эпицентра приблизительно равна

_, (23.2)

где - время воздействия излучения.

Обозначив через Х_о экспозиционную дозу на расстоянии r_o, а предельно допустимую дозу на расстоянии r через Х_доп, получим из формулы (2)

Х_о = _, (23.3)

X_доп = . (23.4)

Взяв отношение левых и правых частей выражений (23.3) и (23.4), находим

.

Получаем для расстояния r выражение

.

Учитывая, что по условию r_o = 3 км, Х_о = 400 Р, Х_доп = 0,5 Р, получим

км .

Отметим, что экспозиционная доза в 0,5 Р соответствует поглощенной дозе в 0,5 рад, т.е. 5^.10^-3 Гр и при коэффициенте качества Q = 1 (для - излучения) соответствует эквивалентной дозе 5^.10^-3Зв = 5 мЗв.

 

Элементарные частицы и современная физическая картина мира

Элементарными частицами сейчас условно называют большую группу мельчайших микрочастиц, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением…  

Классификация элементарных частиц

Все частицы (в том числе и неэлементарные и квазичастицы) разделяются на бозоны и фермионы.

Бозонами называются частицы или квазичастицы, обладающие нулевым или целочисленным спином. Бозоны подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. К бозонам относятся: гипотетический гравитон (спин=2), фотон (спин=1), промежуточные векторные бозоны (спин=1), глюоны (спин=1), мезоны и мезонные резонансы, а также античастицы всех перечисленные частиц.

Частицы или квазичастицы с полуцелым спином называются фермионами. Для них справедлив принцип Паули и они подчиняются статистике Ферми-Дирака. К фермионам относятся: лептоны, все барионы и барионные резонансы, а также соответствующие античастицы. Для всех их спин равен ½.

По времени жизни t различают абсолютно стабильные, квазистабильные и резонансные частицы. Последние для краткости называют просто резонансами. Резонансными называют частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия, с временем жизни 10^-23с. Квазистабильные частицы (иногда их называют стабильные), время жизни которых превышает 10^-20с, распадаются за счет электромагнитного или слабого взаимодействия. Время 10^-20с, ничтожное в обыденных масштабах, считается большим, если его сравнивать с ядерным временем – временем, которое требуется свету на прохождение диаметра ядра (10^-15м), »10^-23с. Абсолютно стабильными частицами являются, по-видимому, только фотон g, электрон е, протон р (в последнее время возникли сомнения в стабильности протона), электронное нейтрино n_е, мюонное n_m и таонное n_t нейтрино и их античастицы – распад их на опыте не зарегистрирован.

Классификация частиц приводится в учебниках и с нею любознательный студент может ознакомиться самостоятельно.

 

Лептоны. Адроны. Кварки

Все лептоны не участвуют в сильном взаимодействии и имеют спин . Известно три заряженных лептона: электрон (е-), мюон (μ-) и таон (τ-).… Адроны участвуют в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействии. Принято… Все адроны разбиваются на небольшие семейства – изомультиплеты, членам которых приписывается одинаковое значение…

Античастицы

В 1955 г. были открыты антипротоны. Антипротоны отличается от протона р знаком электрического заряда и собственного магнитного момента. Антипротон… В 1956 г. были обнаружены антинейтроны. Антинейтрон отличается от нейтрона n… Заметим, что существуют частицы, тождественные со своими античастицами, т.е. они не имеют античастиц. Такие частицы…

Цепная реакция

1. Легко делятся ядра одного из изотопов урана . 2. В результате реакции деления высвобождается огромное количество энергии.… Важной особенностью рассматриваемой ядерной реакции является то, что при делении ядра урана выделяется 2 или З…

Условия термоядерной реакции

Ядерные реакции, в которых из лёгких ядер образуются более тяжёлые ядра, называются реакциями термоядерного синтеза (термоядерными реакциями). При… Условие, необходимое для протекания термоядерной реакции, было сформулировано… для реакции

Атомные электростанции

Если в атомной бомбе происходит неуправляемая цепная реакция, то в созданных ядерных реакторах она носит управляемый характер. Суть управляемой… Схема ядерного реактора на медленных нейтронах приведена на рис. 31.1. Ядерная реакция протекает в активной зоне реактора, которая заполнена замедлителем и пронизана стержнями, содержащими…

Методы регистрации заряженных частиц

Рассмотрим только некоторые наиболее важные и широко используемые методы регистрации излучений. Элементарные частицы удаётся наблюдать благодаря тем… Основной частью приборов для регистрации ядерных излучений является элемент,… Чтобы не только обнаружить ядерное излучение, но и измерить его интенсивность, недостаточно одного детектора…

Классификация счетчиков

Систематизировать большое количество разнообразных типов счетчиков можно по различным признакам. По механизму действия различают счетчики с несамостоятельным и самостоятельным разрядом. К первым относятся пропорциональные счетчики, ко вторым - счетчики Гейгера (острийные) и Гейгера-Мюллера (нитиевые). Счетчики с самостоятельным разрядом бывают, в свою очередь, самогасящимися и несамогасящимися.

Практически наиболее важно систематизировать счетчики по их назначению и по конструктивным признакам, причем особенности конструкции часто обуславливаются назначением счетчика. Следует различать счетчики a-, b-частиц, g-квантов, рентгеновских лучей, нейтронов и счетчики специального назначения. Назначение счетчика предъявляет определенные требования к выбору режима работы счетчика и материалов, из которых он изготавливается. Если, например, нужно определить энергию частицы, а не только регистрировать ее наличие, то применяют пропорциональные счетчики. Для счета g-квантов счетчики делают с катодом из тяжелых элементов, а для счета b-частиц, наоборот, предпочитают изготовлять катоды из легких металлов, чтобы уменьшить фотоэффект.

Параметры газоразрядных счетчиков определяются не только конструкцией, материалом, из которого изготовлены электроды, составом и давлением наполняющих счетчик газов, но и технологией изготовления: для получения стабильных результатов требуется высокая чистота и культура производства.

Основными характеристиками счетчика являются: максимальная скорость счета или разрешающая способность, эффективность, счетная характеристика.

 

Разрешающая способность. Мертвое время. Эффективность счетчика.

Максимальная скорость счета, т.е. наибольшее число импульсов, которые могут возникнуть в счетчике за 1 сек, очевидно, зависит от длительности так… Обозначая разрешающую способность счетчика через Nмакс [импсек], можем её… Nмакс=1/tм

Кристаллические счетчики

По принципу действия наиболее близки к газоразрядным кристаллические счетчики проводящего типа. Если пространство между электродами газоразрядного… Выделяют два типа кристаллических счетчиков, имеющих различный механизм… Пусть со стороны n-германия попадает α-частица. В небольшом слое Δ толщиной 10-20 мк она затормозится,…

Сцинтилляционные методы.

Первый сцинтилляционный детектор, названный спинтарископом, представлял собой экран, покрытый слоем ZnS. Вспышки, возникавшие при попадании в него… Возникновение кратковременных вспышек света (сцинтилляций) известно давно.… Счетчик имеет два основных элемента: сцинтиллятор и фотоумножитель, преобразующий эти слабые вспышки света в…

Камера Вильсона.

Камера Вильсона (рис. 38.1) была изобретена шотландским физиком Ч.Вильсоном в 1910–1912 гг. и являлась одним из первых приборов для регистрации…  

Пузырьковая камера

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль…  

Примеры решения задач

1.Активность контрольного источника ₂₇Co⁶⁰ в сцинтилляционном геологоразведочном приборе СРП – 88Н, определенная при его аттестации на заводе-изготовителе, равна 1 мкKu. Определить массу кобальта в контрольном источнике: 1) при проведении заводской аттестации, 2) через год после заводской аттестации. На сколько снизится активность этого источника: 3) через 1 год после аттестации, 4) через 5 лет?

Решение. Для ₂₇Co⁶⁰ известен период полураспада Т_1/2 = 5,3 года.

Постоянная распада

λ = ln2 / Т_1/2 = 0,693 / (5,3·3,14·10⁷== 0,415·10^-8 c^-1.

Начальная активность

a₀=1 мкKu=1·10^-6·3,7·10¹⁰ = 3,7·10⁴ Бк.

Активность и число атомов вещества свя-заны соотношением: a = λ·N = λ·M·N_A/ A. Отсюда найдем массу Co.

m(Co)=(a₀·M)/(λ·N_A) = (3,7·10⁴·60)/(0,415·10^-8·6,02·10²⁶)=

= 88,8·10^-14 кг = =88,8 ·10^-2 нг

(масса Co в контрольном источнике).

Активность радионуклида изменяется по экспонен-циальному закону: а = а₀·еxp(-λ·t). Постоянная λ = ln2/Т_1/2 = 0,130 год^-1 = 0,415·10^-8 c^-1.

Активность препарата Со⁶⁰ через 1 год после начала эксплуатации равна: а(1) = 3,7·10⁴·еxp(-0,130·1) = 3,25·10⁴ Бк.

Она через 1 год от начальной составит а₁ / а₀ = 3,25·10⁴ / 3,7·10⁴ = 0,878.

Масса препарата Со через 1 год:

m(Co)=(a·M) / (λ·N_A)= (3,25·10⁴·60)/(0,415·10^-8·6,02·10²⁶) =

= 7,8·10^{-13 кг} = 0,78 нг.

Активность препарата Со⁶⁰ через 5 лет после начала ксплуатации будет равна: а(5)=3,7·10⁴·еxp(-0,130·5) = 1,93·10⁴ Бк.

Ответ: 1) m(Co) = 88,8 ·10^-2 нг (масса Co⁶⁰ в конт-рольном источнике).

2) m(Co) = 0,78 нг (Масса Со⁶⁰ через 1 год).

3) а(1) = 3,7·10⁴·еxp(-0,130·1) = 3,25·10⁴ Бк (активность через 1 год).

4) а(5) = 3,7·10⁴·еxp(-0,130·5) = 1,93·10⁴ Бк (активность через 5 лет).

 

Указания к решению задач

При решении задач на явление радиоактивности надо различат два случая: а) имеет место радиоактивный распад изолированного вещества. Если из условия задачи следует, что время распада пренебрежимо мало по сравнению с периодом полураспада Т данного…

Задачи для контрольных и самостоятельных работ

1. Определить число нейтронов N в m = 300 г воды. (Отв. N = 8mNA/m = 8·1025). 2. Каков состав ядра атома полония ?

Контрольные вопросы

 

1. Что такое изотопы и изобары?

2. Какие виды радиоактивных излучений существуют в природе? Дайте характеристику каждому из них.

3. Как на практике можно различить искусственные и естественные изотопы?

4. Что называется периодом полураспада?

5. Запишите правила смещения для a– и b–распадов?

6. Выведите и сформулируйте закон радиоактивного распада.

7. Почему искусственные изотопы распадаются быстрее естественных?

8. Что называется активностью?

Приложения

 

Греческий алфавит

 

Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования

Некоторые физические постоянные

    Физическая постоянная Обозна-чение Значение …  

Масса, заряд и энергия покоя некоторых частиц

Частица	Масса, кг	Заряд, Кл	Энергия покоя, МэВ
Электрон	9,11 × 10-31	-1,60 × 10-19	0,511
Протон	1,67 × 10-27	1,60 × 10-19

Таблица химических элементов, их символов и

Атомных масс

Массы атомов легких изотопов

Относительные атомные массы некоторых элементов

 

Масса и заряд некоторых частиц

 

Частица	Масса, кг	Заряд, Кл
a - частица	6,64 × 10-27	3,20 × 10-19

 

Периоды полураспада рдиоактивных изотопов

Некоторые физические постоянные

    Физическая постоянная Обозначение Значение …  

Периоды полураспада, вид распада и энергия

Излучения основных радионуклидов аварийного чернобыльского выброса в 1986 г.

 

Периоды полураспада, вид распада и энергия

Излучения основных радионуклидов,

Индуцированных космическим излучением

  13. Линейный (µ, см-1) коэффициент поглощения гамма-излучения для воздуха,…

Свинца при различных значениях энергии фотонов

  14. Биологические ТБ и эффективные ТЭФФ периоды

Полувыведения радионуклидов цезия и стронция

Из некоторых органов взрослого человека

Естественная удельная бета-активность

Некоторых пищевых продуктов, обусловленных

  Продукт аУД, Бк/кг Продукт аУД, Бк/кг Молоко коровье 44,4 Кукуруза 111,4 …   16. Масса m 0 и энергия покоя W 0 некоторых частиц

Действии их излучения на критический орган.

Мощность эквивалентной дозы, используемая при проектировании защиты от внешнего ионизирующего излучения

  19. Толщина защиты из бетона (∆, в см) при плотности ρ = 2300 кг/м3 для различной кратности ослабления

Использованная литература

 

1. Физика: Учебно- методический комплекс./Авт. И сост.: О.Е.Чернуха. – Омск.: Типография «С-Принт», 2006, - 41 с.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001. 542 с.

3. Спроул Р. Современная физика. М.: Наука, 1974. 592 с.

4. Бордовский Г.А., Бурсиан Э. В. Общая физика. Т. 2. М.: ВЛАДОС-ПРЕСС, 2001. 296 с.

5. Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. М.: Высшая школа, 1988. 527 с.

6. И. В. Савельев Курс общей физики в 5 кн. Кн. 5 Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц.- 4-е изд-е, перераб. М.: НАУКА. 1998.

7. И. Е. Иродов Задачи по общей физике. Изд-е 3-е, перераб. М.: ВЛАДИС, 1977.

8. И. В. Савельев Сборник вопросов и задач по общей физике. М.: НАУКА, 1982.

9. И. Е. Иродов Задачи по квантовой физике. Изд-е -е, испр. М.: Лабор. Базовых Знаний, 2001.

10. О. И. Горбунова, А. М. Зайцева, С. Н. Красников Задачник-практикум по общей физике. Оптика и атомная физика. М.: Просвещение, 1977.

Содержание

 

Методические указания к выполнению самостоятельной работы.Требования к оформлению контрольных заданий и разъяснения по использованию таблиц. 3

1. Модели атомного ядра. 8

2. Строение ядра. 13

3. Спин ядра и его магнитный момент. 17

4. Ядерные силы.. 18

5. Радиоактивность. 21

6. Закон радиоактивного распада. 24

7. Метод определения периода полураспада радиоактивного изотопа 25

8. Примеры решения задач. 26

9. Активность радиоактивного препарата. 29

10. Примеры решения задач. 31

11. Радиоактивный распад. 35

12. Примеры решения задач. 37

13. 3акон ослабления пучка моноэнергетического γ – излучения или β – частиц. 38

14. Энергия связи ядра. Дефект массы ядра. 39

15. Примеры решения задач. 41

16. Ядерные реакции. 44

17. Примеры решения задач. 46

18. Энергия ядерной реакции. 48

19. Примеры решения задач. 49

20. Реакция деления тяжелых ядер. 52

21. Биологическое действие радиоактивных излучении. 53

22. Доза излучения. 54

23. Примеры решения задач. 59

24. Элементарные частицы и современная физическая картина мира 61

25. Классификация элементарных частиц. 62

26. Лептоны. Адроны. Кварки. 63

28. Античастицы.. 65

29. Цепная реакция. 66

30. Условия термоядерной реакции. 68

31. Атомные электростанции. 70

32. Методы регистрации заряженных частиц. 73

33. Классификация счетчиков. 74

34. Разрешающая способность. Мертвое время. Эффективность счетчика. 75

35. Кристаллические счетчики. 77

36. Сцинтилляционные методы. 78

37. Счётчик Гейгера. 80

38. Камера Вильсона. 81

39. Пузырьковая камера. 83

40. Примеры решения задач. 84

41. Указания к решению задач. 85

42. Задачи для контрольных и самостоятельных работ 88

Контрольные вопросы.. 120

Приложения. 121

Использованная литература. 136

Данилова О.Т.

 

 

ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

Учебно – методическое пособие