Методическая разработка для аудиторной работы №32

Методическая разработка для аудиторной работы №32-11 по теме:
Ядерная физика
1. Определить состав ядер атомов лития 37Li , изотопов водорода с массовыми числами 1
и 2 и изотопов урана
235
92
U и
238
92
U.
2. Ядра изотопа тория 232
претерпевают  - распад и два электронных  - распада.
90Th
Какие ядра после этого получаются?
3.Написать недостающие обозначения X и y в ядерной реакции
7
3
Li  11H  X  2yHe
4. Дописать недостающие символы X и Y в ядерной реакции:
55
25
Mn  11p 
X  0Y
55
14
5. Определить дефект массы, энергию связи ядра атома азота 7 N . Какая энергия
связи приходится на один нуклон? mn = 1,00867 а.е.м. – масса покоя нейтрона;
mH = 1,00797 а.е.м. – масса атома водорода; mN = 14,0067 а.е.м. – масса атома азота; 1
а.е.м. = 1,6610-27 кг, с = 3108 м/с.
6. Определить энергию, необходимую для разделения ядра
12
6
C , если известно, что энергии связи ядер
16
8
O,
12
6
C и
4
2
16
8
O на  - частицу и ядро
He
равны соответственно
127,62 МэВ; 92,16 МэВ и 28,30 МэВ.
7.
7
3
Атом
лития
Li  n  Be 
1
0
8
4
испытывает
0
1
при
бомбардировке
нейтронами
превращение
e . Сколько выделяется энергии при этом? Массы частиц,
участвующих в реакции: mLi
me = 0,0055 а.е.м.
= 6,939 а.е.м. mn = 1,0079 а.е.м.; mBe = 8,0043 а.е.м.;
8. Определить период полураспада висмута 210Bi, если известно, что висмут массой
m=1,0 г выбрасывает N=4,58·1015 β-частиц за t=1 с. (При решении воспользоваться
x2 x3
x
e

1

x


 ... )
разложением в ряд Маклорена
2!
3!
27
13
9. При бомбардировке алюминия
Al
30
 - частицами образуется фосфор 15 P .
Подсчитайте энергию  - частиц, требующуюся для этой реакции. Масса атома алюминия
mAl = 26,98154 а.е.м., масса атома фосфора mP = 30,97376 а.е.м., масса атома гелия
mHe = 4,00260 а.е.м., масса нейтрона mn = 1,00867 а.е.м.(1 а.е.м. = 1,6610-27 кг,
с = 3108 м/с).
10.
Неподвижное
ядро
кремния
W1 = 0,5 МэВ и антинейтрино
31
14
выбросило
~ (частицу
Si  P  e  ~ .
31
15
0
1
электрон
с
кинетической
энергией
с зарядом, равным нулю, и массой покоя
равной
нулю)
Пренебрегая
кинетической
энергией
образовавшегося ядра, определить кинетическую энергию W2 антинейтрино. Массы
нейтральных атомов: mSi = 30,975335 а.е.м., mP = 30,977376 а.е.м.
(1 а.е.м. = 1,6610-27 кг, 1 МэВ = 1,610-13 Дж). Скорости частиц считать v1; v2  c, где
с = 3108 м/с).
Домашнее задание №32-11 по теме:
Ядерная физика
1.(Л) Сколько электронов находится в электронной оболочке нейтрального атома, ядро
которого состоит из 6 протонов и 6 нейтронов?
2.(С) Найти мощность реактора, в котором делится m=1 г урана 235U в сутки. Энергию,
освобождающуюся при делении одного ядра 235U принять равной Q=185 МэВ
3.(Л-С)
Написать
x
реакции: 4
Be  H  Z  n
2
1
недостающие
10
y
обозначения
x,
y
и
Z
в
ядерной
1
0
4.(Л-С) Какие ядра и частицы образуются, когда протекают следующие ядерные реакции:
239
94
Pu  24He  ZAX  01n ;
2
1
H    11H  ?
12
5.(С) Определить энергию связи ядра 6 C , приходящуюся на один нуклон. Массы:
нейтрона mn = 1,00867 а.е.м., атома водорода mH = 1,00783 а.е.м., атома углерода
mC = 12,01115 а.е.м.
9
6.(С) Какую энергию необходимо затратить для разделения ядра 4 Be на две
 - частицы и нейтрон, если известно, что удельная энергия связи в ядре бериллия равна
6,45 МэВ, а в ядре гелия 7,06 МэВ?
7.(С) При взрыве водородной бомбы протекает термоядерная реакция образования
4
2
3
гелия 2 He из дейтерия 1 H и трития 1 H . Написать ядерную реакцию и определить
её энергетический выход.
mгелия = 4,00388 а.е.м.
mдейтерия = 2,01474 а.е.м. mтрития = 3,01700 а.е.м.
mнейтрона = 1,00899 а.е.м.
8.(С) Закон радиоактивного распада можно записать в виде: N = N0e-t, где  - известная
постоянная распада. Определите период полураспада T.
19
16
9.(С) При обстреле ядер фтора 9 F протонами образуется кислород 8 O . Сколько
энергии освобождается при этой реакции? Масса атома фтора mF = 18,9984 а.е.м., масса
атома кислорода mO = 15,99940 а.е.м., масса атома гелия mHe = 4,00260 а.е.м., масса
атома водорода mH = 1,00783 а.е.м.
2
10.(Т) Пренебрегая кинетическими энергиями ядер дейтерия 1 H и принимая их
суммарный импульс равным нулю, определить кинетические энергии Т 1 и Т2 продуктов
2
2
3
1
реакции 1 H  1 H  2 He  0 n . Массы нейтральных атомов: mдейтерия = 2,01410 а.е.м.,
mгелия = 3,01603 а.е.м., mнейтрона = 1,00867 а.е.м.. Скорости образовавшихся частиц
считать v1, v2  c, где с – скорость света.
Основные понятия, формулы.
1.Состав ядра. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (нуклонов). Масса и заряд
протона и нейтрона соответственно равны:
mp  1,673  10 27 кг  1,007276 а.е.м. ; q p  1,6  10 19 Кл ;
mn  1,675  10 27 кг  1,00867 а.е.м.; q n  0 . ( 1а.е.м.  1,6  1027 кг ) Число нуклонов в
ядре равно массовому числу А, выраженному в атомных единицах массы. Число Z
протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической таблице
Менделеева и представляет собой заряд ядра в единицах элементарного заряда
электрона. Следовательно, число нейтронов в ядре: N = A – Z. Любой элемент или
элементарную частицу обозначают символически: ZA X .
2.Изотопы – атомы одного и того же элемента, имеющие разное число нейтронов в ядре.
3.Дефект массы – разность между суммой масс покоя нуклонов и массой ядра:
m  Zm p  ( A  Z )m n  M я .
4.Энергия связи определяется работой, которую необходимо совершить для того, чтобы
разделить ядро на отдельные нуклоны и удалить их друг от друга на расстояния, на
которых они не взаимодействуют: E св  mc , где m - дефект массы, с – скорость
света в вакууме.
5.Ядерные реакции. При бомбардировке какими-либо элементарными частицами ядра
одного элемента могут превращаться в ядра другого элемента. Реакции превращения
записываются в виде схем:
2
A
Z
X  24   AZ42Y
A
Z
X  10 e Z A1Y . При этом выполняются законы сохранения
массового числа (энергии) и порядкового номера (электрического заряда)
6.Закон радиоактивного распада. Число не распавшихся ядер убывает по закону:
N  N 0 e  t ,где N0 – число ядер в начальный момент времени,  - постоянная распада, t
– время распада.
7.Периодом полураспада
называется
промежуток
времени,
распадается половина начального количества ядер: T1 / 2 
Ответы.
1.6
m N AQ
 0,88 МВт
2. P 
 t
3. x  9, y  5, 105B
242
96
4. 1
0


0,693

течение
которого
.
6. E  1,57 МэВ
7. Q  c 2 ( M1   M 2 )  17,6 эВ
8. T 
Сm  кюрий ,
ln 2

9.
Q  c 2 (m F  m H  mO  m He )  3,94МэВ
n  нейтрон
2
5.   c ZmH  ( A  Z )mn  mC   6,8 МэВ
A
ln 2
в
нуклон
10.
Q
3
 0,82 МэВ, T2  Q  2,44 МэВ
4
4
2
где Q  c 2M H  M He  M n 
T1 