Спецификация суммативного оценивания за четверть по предмету «Физика» 9 класс Нур-Султан, 2019 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. Цель суммативного. Ядрные реакции_11_8 неделя. Закон сохранения
 Скачать 1.41 Mb.
|
|
Ядерные реакции Записать ядерные реакции При определении массовых и зарядовых чисел применить закон сохранения При бомбардировке нейтронами атома азота-14 испускается протон. В ядро какого изотопа превращается ядро азота? Написать реакцию. 147N + 10n 11H + 146C Ядро изотопа магния-25 подвергается бомбардировке протонами. Ядро какого элемента при этом образуется, если реакция сопровождается излучением α - частицы? 2512Mq + 11H 42He + 2211Na При бомбардировке α-частицами алюминия образуется новое ядро и нейтрон. Записать ядерную реакцию и определить ядро, какого элемента при этом образуется. 2713Al + 42He 10n + 3015P Что произойдет с изотопом урана-237 при β - распаде? 23792U 137 ------93Np + 0-1e Записать реакцию превращения актиния-227 во франций-223; какой распад имеет место? 22789Ac---- 22387Fr + 42He Ответ: 2).Торий 23290Th, испытав два электронных β – распада и один α – распад, превращается в элемент 1) 23694Pu 2) 22890Th 3) 22886Rn 4) 23486Rn Ответ: 1).Ядро изотопа урана 23892U после нескольких радиоактивных распадов превратилось в ядро изотопа 23492U. Какие это были распады? 1) Один α и два β 2) один α и один β 3) два α и один β 4) такое превращение невозможно. Ответ: 1).Изотоп ксенона 11254Xe после спонтанного α – распада превратился в изотоп 1) 10852Te 2) 11050Sn 3) 11255Cs 4) 11254Xe Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях: ? + 42He ---105B + 10n? + 42He ---105B + 10n 21H + γ--- ? + 10n 94Be + 42He--- ? + 10n 2713Al + γ 23---11Na + ? 4119K + ?--- 4420Ca + 11H 5525Ma + 11H--- 5526Fe + ? 6530Zn + 10n ---? + 42He 147N + 11H ---? + 10n ? + 11H--- 2412Mg + 42He Энергия связи атомного ядраЧасть 1 Вспомните, каков состав ядра атомаЭнергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны Е = m·c²Есв = ΔM·c²ΔM - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn ΔM= Z·mp + N·mn - Mя На 1 а.е.м. приходится энергия связи = 931 МэВСравнение ядерной энергии и тепловой= Синтез 4 г гелия Сгорание 2 вагонов каменного угля Удельная энергия связи- энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядраЕуд = Есв А У ядер средней части периодической системы Менделеева с массовым числом 40 ≤ А ≤ 100 Еуд максимальна 2. У ядер с А>100 Е уд плавно убывает 3. У ядер с А< 40 Еуд скачкообразно убывает 4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное Наиболее оптимальные способы высвобождения внутренней энергии ядер: - деление тяжелых ядер; - синтез легких ядер. Ядерные реакцииЧасть 2 Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другомУсловия: 1) Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил; 2) Частицы должны обладать большой кинетической энергией (…с помощью ускорителей элементарных частиц и ионов) Первые ядерные реакцииЭ.Резерфорд, 1932 г. Li+ H → He+ He 7 3 1 1 4 4 2 2 Ядерная реакция на быстрых протонах Классификация ядерных реакций:По энергии частиц, которые их вызывают: малые энергии≈ 100 эВ; средние ≈ 1 МэВ; высокие≈50 МэВ. 2. По виду ядер, которые участвуют в реакции: реакции на легких ядрах (А<50), средних(50<А<100) и тяжелых ядрах (А>100); 3. По природе бомбардирующих частиц: реакции на нейтронах, квантах, заряженных частицах; 4. По характеру ядерных преобразований: захват частиц с преобразованием в более массивное ядро, расщепление ядра на части при бомбардировании, переход ядра из возбужденного состояния в нормальное. Энергетический выход ядерных реакций Е= Δm·c² - разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакцииПример: Δm= (m H + m H) – (m He + m n) 1 1 1 2 3 4 2 0 Если Е < 0, то энергия выделяется (экзотермическая); Если Е > 0, то энергия поглощается (эндотермическая). Ядерные реакции на нейтронах1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами почти все элементы периодической системы. Нейтроны, не имея заряда, беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Реакции на быстрых нейтронах. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; n замедляют в обычной воде) Al + n → Na + He 27 13 1 0 24 11 4 2 1 0 Деление ядер уранаОткрытие в 1938 г. О.Ган, Ф.Штрассман Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Л.Мейтнер Деление происходит под действием кулоновских сил Rb 94 При бомбардировке нейтронами U образуется 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление на Kr и Ba в соотношении 2/3 235 91 142 α -излучение γ-излучение Цепная ядерная реакцияЧасть 3 Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы среднее количество освобожденных нейтронов с течением времени не уменьшалось. Отношение количества нейтронов в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов в предыдущем «поколении» называют коэффициентом размножения нейтронов k Если k < 1, реакция быстро затухает, Если k = 1, то реакция протекает с постоянной интенсивностью (управляемая), Если k >1, то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву Коэффициент размножения определяют следующие факторы:1) Захват медленных нейтронов ядрами U или захват быстрых нейтронов ядрами U и U с последующим делением. 2) Захват нейтронов ядрами урана без деления. 3) Захват нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструктивными элементами установки. 4) Вылет нейтронов наружу из вещества, которое делится. 236 235 235 Чтобы уменьшить вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана (масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар). Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов Термоядерный синтезЧасть 4 Термоядерная реакция - реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергииЭнергетически очень выгодна!!! Самоподдерживающиеся – в недрах Земли, Солнца и других звезд. 2. Неуправляемая – водородная бомба!!! 3. Ведутся работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции. Ядерный реакторЧасть 5 Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядерПервый ядерный реактор: США, 1942 г., Э.Ферми, деление ядер урана. В России: 25 декабря 1946 г., И.В.Курчатов Условия работы:1) Горючее – природный уран, обогащенный до 5% ураном-235, торий или плутоний 2) Замедлитель – тяжелая (D2O) или обычная вода 3) Для уменьшения вытекания нейтронов активная зона окружена слоем отражателя (графит) 4) Ядерное горючее вводят в активную зону в виде стержней. Температура 800К– 900 К 5) Управление с помощью регулирующих стержней из соединений бора и кадмия, активно поглощающих нейтроны 6) Система охлаждения для отвода тепла из активной зоны реактора (вода, жидкие металлы, некоторые органические жидкости) 7) Системы дозиметрического контроля и биологической защиты окружающей среды от протонов, нейтронов, γ-излучения 8) После 30-40 лет службы реактор не подлежит восстановлению Применение ядерной энергииЧасть 6 Атомная энергетикаПервая АЭС, 1954 г., г. Обнинск, мощность 5000 кВт Схема устройства АЭС1) Не потребляют дефицитного органического топлива, 2) Не загружают перевозками угля ЖД- транспорт, 3) Не потребляют атмосферный воздух, 4) Не засоряют среду золой и продуктами сгорания. + 1) Нельзя размещать в густонаселенных районах – потенциальная угроза радиоактивного заражения!!!!! 2) Сложности с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок атомных электростанций - Ядерное оружие… в отличие от обычного оружия, оказывает разрушающее действие за счет ядерной, а не механической или химической энергии. По разрушительной мощи только взрывной волны одна единица ядерного оружия может превосходить тысячи обычных бомб и артиллерийских снарядов. Кроме того, ядерный взрыв оказывает на все живое губительное тепловое и радиационное действие, причем, как правило, на больших площадях. Радиус поражения при ядерном взрывеПервая атомная бомба СССР — «РДС–1» Ядерный заряд впервые испытан 29 августа 1949 года на Семипалатинском полигоне. Мощность заряда до 20 килотонн тротилового эквивалента. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г.Снежинск Отделяемая моноблочная головная часть баллистической ракеты Пуск осуществляется с подводной лодки на дальность до 1500 км. В этом ракетном комплексе впервые реализован подводный пуск ракеты с глубины 40-50 м. Изделие имеет в своём составе термоядерный заряд мегатонного класса. Габаритные размеры: длина 2300 мм, диаметр 1304 мм. Масса 1144 кг. Изделие разрабатывалось и испытывалось в начале 1960-х гг., принято на вооружение в 1963 г. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск. Головная часть межконтинентальной баллистической ракеты Длина 1893 мм, диаметр миделя 1300 мм, масса 736 кг. Заряд термоядерный мегатонного класса. Корпус имеет многослойную конструкцию, предусматривающую силовую оболочку и теплозащиту. Наконечник корпуса выполнен из радиопрозрачного материала. Разработка и испытания проводились в 1960-х гг. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г. Снежинск. |