Ядерные реакции презентация

Ядерные реакции Лекция с элементами самостоятельной работы

Фундаментальные силы природы

Ядерные реакции Ядерными называются реакции (самопроизвольно возникающие или искусственно вызванные), при которых исходное атомное ядро претерпевает более или менее глубокие превращения, в результате которых образуются новые ядра или изменяется состояние ядра.

Стабильность ядра Основные влияющие на стабильность факторы- масса ядра, его заряд и соотношение числа протонов и нейтронов в ядре. Стабильной связи нуклонов в ядре отвечает соотношение: N/Z = 1+0,015 A 2/3 А< 250

Радиоактивность 1898 г. Пьер и Мария Кюри открыли явление естественной радиоактивности (Ra, Po и Th). 1934 г. Ирен Кюри и Фредерик Жолио- Кюри открыли искусственную радиоактивность для тех изотопов, которые не встречаются в природе, но могут быть получены в результате ядерных процессов: 1327Al + 24He  1530P+ 01n

Радиоактивное излучение неоднородно: α лучи (Э. Резерфорд) отклоняются в электрическом поле к (-) полюсу. Скорость 20км/сек., длина пробега 3 - 11см. β лучи (Э. Резерфорд) отклоняются в электрическом поле к (+) полюсу. Скорость близка к скорости света(~300000 км/сек.) γ лучи (П. Виллар) не отклоняются ни в электрическом ни в магнитном поле. По природе это электромагнитное излучение с очень маленькой длиной волны (λ = 0,0005 – 0,04 нм.)

Из 39 природных радиоактивных элементов 4 элемента имеют α,β, γ лучи; 21 элемент α,γ лучи; 14 элементов β, γ лучи.

Естественную радиоактивность изучали Содди и Фаянс (1913 г.) Они сформулировали правило сдвига или закон смещения при радиоактивном распаде. К основным видам радиоактивности относятся: α-распад, трансформационные превращения : β –распад, β +-распад, электронный захват, спонтанное деление.

Федерико Содди

Казимир Фаянс

1) -распад

Трек (след) испускаемых альфа-частиц в слое фотоэмульсии Трек (след) испускаемых альфа-частиц в слое фотоэмульсии

Правило сдвига для альфа-распада: При альфа-распаде дочерний элемент в таблице Д.И. Менделеева располагается на две клетки левее исходного. Для s-,p-,d- семейств это означает переход элемента на две группы влево ! напишите самостоятельно уравнение альфа-распада урана-238

Ядерные реакции проходят самопроизвольно, если исходное ядро неустойчивое. Ядра бывают протонно-дефицитные или нейтронно-дефицитные. протонно-дефицитные ядра стабилизируются путем перехода нейтрона в протон: (напишите самостоятельно!) нейтронно-дефицитные стабилизируются путем перехода протона в нейтрон: (напишите самостоятельно!)

2) Трансформационные превращения не приводят к изменению общего числа нуклонов в ядре. Поэтому его масса практически не изменяется и все превращения изобарны. Отдача позитрона протоном равнозначна присоединению электрона.

2) Трансформационные превращения: - -распад

2) Трансформационные превращения: - -распад Правило сдвига: При эмиссии ядром электронапорядковый номер элемента увеличивается на единицу; дочерний элемент размещается на одну клетку правее исходного Для s-,p-,d- семейств это означает переход элемента в следующую по порядку группу ! напишите самостоятельно уравнение - -распада урана-238

2) Трансформационные превращения: + -распад

2) Трансформационные превращения: + -распад Правило сдвига: При эмиссии ядром позитрона порядковый номер элемента уменьшается на единицу; дочерний элемент размещается на одну клетку левее исходного ! напишите самостоятельно уравнение + -распада урана-238

2) Трансформационные превращения: Электронный захват (Е-захват, К-захват) ! напишите самостоятельно уравнение этой реакции

Один и тот же радиоактивный изотоп может претерпевать неодинаковое превращение ядер своих атомов: ядра атома 1940K одновременно подвержены - -распаду с образованием 2040Ca и частично + -распаду или электронному захвату с образованием изотопа инертного элемента аргона 1840Ar . Такое двойственное поведение сильно распространено. Нуклид меди трансформируется по тройной схеме 2964Cu : - -распад, + -распад, К-захват. напишите самостоятельно уравнение этих реакций

3) Спонтанное деление- самопроизвольный распад ядер атомов тяжелых элементов на два и более ядра. Открыли Флеров и Петержак, 1940 г. Неустойчивость тяжелых ядер связана с большим числом протонов в них. Это обуславливает увеличение внутриядерных кулоновских сил отталкивание, что облегчает самораскалывание ядра.

4) Другие виды радиоактивных превращений Существует явление двойного - -распада: радиоактивное ядро испускает одновременно два электрона. Возможна эмиссия двух позитронов или захват сразу двух электронов из оболочки атома. Вероятен и двухпротонный распад.

Радиоактивные ряды Переход нестабильного ядра в стабильное возможен как в одну, так и в несколько ступеней. Некоторые ядра претерпевают ряд превращений, образуя при этом своеобразные семейства

Радиоактивные семейства

Радиоактивные ряды тория и урана

Количественная характеристика ядерных превращений Мера интенсивности радиоактивного распада- единица кюри. Активностью в 1 кюри обладает такое количество данного вещества, в котором в течение 1 сек распадается 37 млрд атомных ядер

Искусственные ядерные реакции вызываются «бомбардировкой» ядра-мишени частицами достаточно высокой энергии. В 1932 г. был открыт процесс деления ядер урана под действием нейтронов. Это открытие заложило основу атомной энергетики. Один грамм 92235U выделяет 7,5 •107 кДж, что больше, чем выделяется тепла при сгорании 2 тонн угля!!!

Примеры ядерных реакций (самостоятельная работа!!!) Первое наблюдавшееся превращение ядра (Резерфорд,1919) Открытие нейтрона Первое расщепление ядра Открытие позитрона и первое получение искусственного радиоактивного нуклида (Жолио-Кюри, 1932) Первое искусственное получение неизвестного элемента

Еще один источник массы Всю Вселенную заполняет невидимое хиггсовское поле Частицы «цепляются» за него и становятся массивными На коллайдере LHC физики изучат, как именно возникает это поле

Схема коллайдера LHC

Туннель LHC

Сегмент ускорительного кольца LHC