1. Строение ядра, его основные характеристики. 2. Ядерные силы. 3. Альфа-, бета- и гамма–распад. Характеристики альфа-, бета- и гамма - излучения. 4. Биологическое действие ионизирующего излучения.5. Ядерные реакции. Ядерный реактор 5. Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада 5. Взаимодействие излучения с веществов. Лекция 26/2 Презентации по ядерной физике

К 20-м годам XX атомы атомные ядра К 20-м годам XX - атомы и атомные ядра, имеют сложную структуру. К настоящему времени протонов и нейтронов К настоящему времени - атомные ядра различных элементов состоят из 2 х частиц, протонов и нейтронов. 2

3

4

Опыт Дж. Чедвика 5

Для характеристики атомных ядер …. 6

7

8

9

Радиусы ядер хорошо аппроксимируются выражением….. постоянна во внутренней области ядра Плотность числа нуклонов постоянна во внутренней области ядра и уменьшается до нуля вблизи его поверхности. (6) 10

Размеры ядра 11

Энергия связи и масса ядер (7) Энергия, выделяющаяся при образовании ядра 12

Удельная энергия связи… на один нуклон: (8) 13

х 14 Аналогично энергии связи электрона в атоме! 14

ядерными силами Протоны и нейтроны связаны в ядре ядерными силами. Большая плотность ядерного вещества (~10 17 кг/м 3 ). В ядре реализовано В ядре реализовано самое интенсивное из всех видов – сильное взаимодействие. т.н. сильное взаимодействие. ЯС притяжения между нуклонами в сотни раз больше электромагнитных сил отталкивания (протоны в ядре). Ядерные силы (ЯС) 15

16

5) зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов. 6) не являются центральными. 17

Ядерные реакции (ЯР) В результате ЯР - новые радиоактивные изотопы, в том числе, которых нет в естественных условиях 18

Наиболее интересны ЯР с нейтронами Наиболее интересны для практики – ЯР при взаимодействии ядер с нейтронами. (лишены заряда, свободно проникают в атомные ядра и вызывают их превращения). Э. Ферми ЯР Э. Ферми : ЯР вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами движущимися с тепловыми скоростями. Первая ЯР (1932 г.) - протонами большой энергии Первая ЯР (1932 г.) - при бомбардировке протонами большой энергии, полученных на ускорителе: 19

В любой ядерной реакции выполняются: законы сохранения : 1)электрических зарядов и массовых чисел 1)электрических зарядов и массовых чисел: Равны до и после реакций 2) энергии, 3) импульса, 3) импульса, 4) момента импульса. 4) момента импульса. 20

ЯР ЯР могут быть: (1) 21

22

Порог ядерной реакции ЭндотермическиеЯР пороговой кинетической энергией Эндотермические (с поглощением энергии) ЯР возможны при ударе ядра частицей с пороговой кинетической энергией (с меньшей ЯР невозможны ): (1) (2) 23

Эффективное сечение σ ЯР. σ ЯР σ – характеризует вероятность того, что при падении пучка частиц на вещество произойдёт ЯР [ (1 барн = 10 –28 м 2 ). σ X ЯР σ интерпретируется как площадь сечения ядра X, попадая в которую налетающая частица вызывает ЯР. 24

Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии: 1) Реакция деления ядер тяжелых элементов 2) Реакция синтеза ядер легких элементов (термоядерный синтез) 25

Реакция деления тяжелых ядер -. Реакция деления тяжелых ядер - нестабильное ядро делится на два крупных фрагмента сравнимых масс. Реакция в общем виде… 26

Объяснение в капельной модели.. В процессе деления ядро изменяет форму : шар, эллипсоид, гантель, два грушевидных осколка, два сферических осколка. 27

1 МэВ урана, тория, плутония Нейтроны c энергией ~ 1 МэВ и выше, вызывают деление ядер урана, тория, плутония и др:, особенно эффективно медленными нейтронами Эти ядра делятся нейтронами любых энергий, но особенно эффективно медленными нейтронами: 28 (3)

29

30

31

32

Ядерный (или атомный) реактор управляемая ЦР Выделение тепла 1 МВт 3· г. Э. Ферми г.- И. В. Курчатова. Ядерный (или атомный) реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая ЦР. Это тепловая машина. Выделение тепла - за счет экзотермической реакции деления ядер. 1 МВт мощности - 3·10 16 актов деления ядер в секунду. Первый ядерный реактор был построен в 1942 г. в США под руководствов Э. Ферми. В СССР - в 1946 г.- под руководствов И. В. Курчатова. 33

34

35

АЗ При выдвинутых из АЗ стержнях k > 1. При полностью вдвинутых стержнях k < 1. При полностью вдвинутых стержнях k < 1. АЗ ЦР. Вдвигая стержни внутрь АЗ можно в любой момент времени приостановить развитие ЦР.

Модели ядерных реакторов : - 37 Гомогенные реакторы АЗ Гомогенные реакторы (в АЗ - смесь ядерного топлива и замедлителя. Гетерогенные реакторы АЗ кассеты тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Гетерогенные реакторы – в АЗ замедлитель, в который помещаются кассеты с ядерным топливов - тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Энергия выделяется в ТВЭЛах.

ВВРд водоводяной Реакторы типа ВВРд (PWR)- водоводяной реактор (строится в Беларуси) 38

39 Сборка гетерогенного реактора В гетерогенном реакторе ядерное топливо распределено в активной зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель нейтронов

1. Радиоактивность атомных ядер. 2. Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада. 3. Взаимодействие излучения с веществов. 4. Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения

Радиоактивность - самопроизвольно Радиоактивность - способность нестабильных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием радиоактивного излучения. Естественная радиоактивность Естественная радиоактивность - у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная радиоактивность – ЯР Искусственная радиоактивность – у изотопов, полученных в результате ЯР. Оба явления подчиняется одним и тем же законам.

А. Беккерель Впервые А. Беккерель (1896 г.) обнаружил, что соли урана испускают неизвестное излучение, проникающее через непрозрачные для света преграды и вызывают почернение фотоэмульсии. М. и П. Кюри тория– полоний и радий. М. и П. Кюри (1898 г. ) обнаружили радиоактивность тория и открыли 2 новых радиоактивных элемента – полоний и радий. Э.Резерфорд, его ученики и др Э.Резерфорд, его ученики и др. далее исследовали природу радиоактивных излучений ……

…..радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно заряженные и нейтральные….. К – свинцовый контейнер, П – радиоактивный препарат, Ф – фотопластинка.

Основные типы радиоактивности Альфа-распад Например:

Основной закон радиоактивного распада

(2)(2) (3)(3)

Среднее время жизни материнского ядра (4)(4)

(4)

…это - число распадов, происходящих в нем в единицу времени. (3)

в) захватом электрона в) захватом электрона из К- оболочки атома.

К-захват При захвате ядром электрона К (с электронной К-оболочки) протонов нейтрон нейтрино происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон, что сопровождается испусканием нейтрино:

Гамма-излучение ( излучение)

Характер взаимодействия излучения с веществов зависит от:. его вида, энергии, плотности потока, а также от физических и химических свойств самого вещества.

Упругое рассеяние частиц ИИ Упругое рассеяние частиц ИИ– процесс столкновения частиц ……меняются только их импульсы, а внутреннее состояния остаются неизменным. Неупругое рассеяние частиц ИИ приводит Неупругое рассеяние частиц ИИ приводит к изменению их внутреннего состояния, превращению в другие частицы или дополнительному рождению новых частиц.

Пробег R ИИ Пробег R - минимальная толщина в-ва в направлении скорости частиц ИИ до их остановки или полного поглощения в-вов.

ИИ Проникающая способность всех видов ИИ зависит от энергии частиц или квантов.

Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения Доза поглощения ИИ Доза поглощения - энергия ИИ, которая поглощается при прохождении через единицу массы вещества. 1 Грей (Гр) СИ -1 Грей (Гр) 1 кг вещества поглощает 1 Дж энергии излучения. 1 Рад = Гр

Эквивалентная доза коэффициент качества данного излучения. Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на коэффициент качества данного излучения. Дж/кг, зиверт (Зв). СИ - Дж/кг, зиверт (Зв).

Коэффициент качества излучения Минимальная летальная доза для человека - 6 Зв 6 Зв за один раз.

Эффективная эквивалентная доза Эффективная эквивалентная доза - для оценки ущерба здоровью человека при неравномерном облучении тела, отдельных его органов с учетом их радиочувствительности. Костный мозг, толстый кишечник, легкие, желудок 0,12 Костный мозг, толстый кишечник, легкие, желудок - 0,12 0,05 Мочевой пузырь, грудная железа, печень, пищевод, щитовидная железа - 0,05 0,01 Кожа, клетки костных поверхностей - 0,01 0,05 Остальное - 0,05