П РЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМЫ : Р АДИОАКТИВНОСТЬ, ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ И ЯДЕРНЫЕ ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ Автор: Мальков Сергей Гимназия 11б

1896 г - открыл явление радиоактивности -способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению

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

Α - ЧАСТИЦА Полностью ионизированный атом химического элемента гелия

-лучи - это потоки - частиц, представляющих собой ядра атомов гелия. Они заряжены положительно. От других видов радиоактивного излучения -лучи отличаются малой проникающей способностью, то есть интенсивностью их поглощения различными веществами. -лучи не могут пробить лист бумаги, толщиной 0,1 мм.

При -распаде ядро распадается на две части, одна из которых представляет собой -частицу. При этом ядро теряет заряд +2е, и масса ядра уменьшается на четыре единицы относительной атомной массы.

При -распаде элемент смещается в таблице Менделеева ближе к ее началу на две клетки, - это так называемое правило смещения, которое сформулировал Ф. Содди, исследуя -распад.

Β - ЧАСТИЦА Представляет собой - электрон

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

При -распаде вылетает электрон. При этом массовое число ядра изменяется, а заряд увеличивается на одну единицу. Правило смещения в этом случае таково: при - распаде элемент смещается на одну клетку ближе к концу таблицы Менделеева.

ГАММА-КВАНТ Гамма-квант – фотон большой энергии, т.е. квант гамма-излучения

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

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

Опытным путем было установлено, что никакие внешние условия не влияют на характер и скорость распада. С течением времени число не распавшихся ядер уменьшается по закону радиоактивного распада.

Время, за которое распадается половина из начального числа радиоактивных атомов, называют периодом полураспада. За это время активность радиоактивного вещества уменьшается вдвое.

Радиоактивные излучения могут представлять огромную опасность для живых организмов, именно поэтому при их использовании соблюдаются строгие правила безопасности

Эрнест Резерфорд РЕЗЕРФОРД Эрнст ( ), английский физик, один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и почетный член АН СССР (1925). Директор Кавендишской лаборатории (с 1919). Открыл (1899) альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал (1903, совместно с Ф. Содди) теорию радиоактивности. Предложил (1911) планетарную модель атома. Осуществил (1919) первую искусственную ядерную реакцию. Предсказал (1921) существование нейтрона. Нобелевская премия (1908).

Анри Беккерель БЕККЕРЕЛЬ (Becquerel) Антуан Анри (15 декабря 1852, Париж 25 августа 1908, Ле-Круазик, Бретань, Франция), французский физик, сын Александра Эдмона Беккереля. Открыл (1896) естественную радиоактивность солей урана. Профессор Парижского национального естественно- исторического музея (1892) и Политехнической школы (1895). Нобелевская премия (1903, совместно с П. Кюри и М. Склодовской-Кюри).

В январе 1932 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри доложили на заседании Парижской Академии наук результаты исследований излучения, открытого Боте и Беккером. Они показали, что это излучение «способно освобождать в водородсодержащих веществах протоны, сообщая им большую скорость». Эти протоны были ими сфотографированы в камере Вильсона. 7 марта 1932 г., Ирен и Фредерик Жолио-Кюри показали фотографии следов протонов в камере Вильсона, выбиваемых из парафина бериллиевым излучением. Результаты Жолио-Кюри поставили под угрозу закон сохранения энергии.

Объяснение всем вопросам нашёл Чедвик. Он помещал бериллиевый источник перед ионизационной камерой, в которую попадали протоны, выбитые из парафиновой пластинки. Располагая между парафиновой пластинкой и камерой поглощающие экраны из алюминия, Чедвик нашел, что бериллиевое излучение выбивает из парафина протоны с энергией до 5,7 МэВ. Для сообщения протонам такой энергии фотон должен сам обладать энергией в 55 МэВ. Но энергия ядер отдачи азота, наблюдаемая при таком же бериллиевом излучении, оказывается равной 1,2 МэВ. Чтобы передать азоту такую энергию, фотон излучения должен иметь энергию по меньшей мере 90 МэВ. Закон сохранения энергии несовместим с фотонной интерпретацией бериллиевого излучения. Чедвик показал, что все трудности снимаются, если предположить, что бе-риллиевое излучение состоит из частиц с массой, равной примерно массе протона, и нулевым зарядом. Эти частицы он назвал нейтронами.

Э НЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР Uc him.netUc him.net Uc him.netUc him.net

Энергия связи атомных ядер – та энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные частицы. Закон сохранения энергии энергия связи равна той энергии, которая выделается при образовании ядра из отдельных частиц. Альберт Эйнштейн ( ) Уравнение Эйнштейна между массой и энергией: Точнейшие измерения масс ядер масса покоя ядра М я всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов: - дефект массы. Uc him.netUc him.net Uc him.netUc him.net

Уменьшение массы при образовании ядра из частиц уменьшается энергия этой системы частиц на значение энергии связи : ядро образуется из частиц; частицы за счет действия ядерных сил на малых расстояниях устремляются с огромным ускорением друг к другу; излучаются γ- кванты с энергией и массой. Пример: образование 4 г гелия сопровождается выделением такой же энергии, что и сгорание 1,5 - 2 вагонов каменного угла. Uc him.netUc him.net Uc him.netUc him.net

У ДЕЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ Удельная энергия связи – энергия связи, приходящаяся на одну ядерную частицу от массового числа А. Максимальную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60. Ядра этих элементов наиболее устойчивы. Uc him.netUc him.net Uc him.netUc him.net

Ядерные силы являются короткодействующими. Нуклоны, находящиеся на поверхности ядра, взаимодействуют с меньшим числом соседей, чем нуклоны внутри ядра. Энергия связи нуклонов на поверхности меньше, чем у нуклонов внутри ядра. Чем больше ядро, тем большая часть от общего числа нуклонов оказывается на поверхности энергия связи в среднем на один нуклон меньше у легких ядер. У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет растущей с увеличением Z кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро. Уменьшение удельной энергии связи у легких элементов объясняется поверхностными эффектами. Uc him.netUc him.net Uc him.netUc him.net

Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие её(нейтроны), образуются как продукты этой реакции Коэффициент размножения нейтронов k отношение числа нейтронов последующего поколения к числу в предшествующем поколении во всём объеме размножающей нейтроны средынейтронов Для течения цепной реакции необходимо чтобы среднее число освобождённых нейтронов в данной массе не уменьшалась с течением времени., т.е. k >= 1

Цепная реакция деления ядер урана

Ц ЕПНАЯ РЕАКЦИЯ ДЕЛЕНИЯ ЯДЕР УРАНА. В 1938 г. О. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Мейтнер и физиком О. Фришем: при попадании нейтрона ядро урана как бы разваливается на части. Этим и объясняется неожиданное появление новых химических элементов - лантана и бария - элементов с атомным весом, примерно вдвое меньшим, чем у урана.

Позже оказалось, что в результате деления ядра, инициированного нейтроном, возникают новые нейтроны, способные вызвать реакции деления других ядер. Продуктами деления ядер урана-235 могут быть и другие изотопы бария, ксенона, стронция, рубидия и т. д.

Этот процесс происходит с выделением энергии 200 МэВ =3, Дж. Энергия выделяется в виде:1. Ек осколков »2, Дж.2. Ек нейтронов »0, Дж.3. g - Излучения »0, Дж.4. b - Излучения. При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.

Механизм деления Н. Бор, Я.И Френкель предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужден­ном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает коле­баться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвет­ся на две части, которые разлетятся в противоположные сторо­ны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обуслов­ливается кулоновскими силами.

Цепная реакция деления ядер урана это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Для осуществления ценной реакции пригодны лишь ядра U-235. Естественный уран состоит из U- 235 (0,7%), U-238 (99,3%). Ядра U-235 делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами, U-238 только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60%, но только один из пяти производит деление.