Для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал называется периодом полураспада.
Период полураспада [T] - это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.
N=N0· 
,
где N0 - число радиоактивных атомов в начальный момент времени t - время
Для урана Т=4,5 млрд. лет,
радия Т=1600 лет,
полония Т=1,5·10-4с.
Тема 27
Состав атомных ядер. Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер и дефект массы.
1. В 1932 г. – в опытах английского физика Чедвика был открыт нейтрон, советский физик Иваненко и немецкий Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра, согласно которой, ядро состоит из протонов и нейтронов.
Число протонов равно номеру элемента в таблице Менделеева 
.
Массовым числом А называют сумму протонов и нейтронов N в ядре:
А= + N
Массовое число равно округленной до целого относительной атомной массе элемента.
В результате изучения радиоактивности были открыты элементы с одинаковым числом протонов, по различным числам нейтронов их назвали – изотопами (т.е. занимающими одинаковые места). В настоящее время установлено существование изотопов у всех химических элементов:
U, 
U - изотопы урана
Изотопы водорода: водород 
Н
дейтерий 
Н
тритий 
Н
2. Ядра устойчивы, следовательно, между протонами и нейтронами должны существовать какие-то силы.
|
|
|
Их называют ядерными силами – это громадные силы притяжения между протонами и нейтронами в ядре, они то и обеспечивают существование устойчивых ядер.
Свойства ядерных сил:
1) самые мощные из всех сил в природе
2) короткодействующие, проявляются на расстояниях ≈10-18 м
3) не зависят от заряда, т.е. действуют одинаково между протонами, протоном и нейтроном, нейтронами.
3. Важную роль в ядерной физике играет понятие энергии связи ядра.
Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные частицы. На основании закона сохранения энергии следует, что энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.
Измерения показывают, что масса покоя ядра Мя всегда меньше суммы масс покоя слагающих его протонов и нейтронов
Мя < mp + Nmn
Существует дефект масс, разность масс: 
∆m = mp + Nmn – Mя
Следовательно энергия связи равна:
Есв =∆mּс2
1 а.е.м = 1,66 ּ 10-27кг
Есв = ∆mּс2 ּ 1,66ּ10-27кг
Тема 28.
Деление тяжелых ядер. Цепная ядерная реакция. Термоядерная реакция и условия ее осуществления.
1. Изменения ядер при взаимодействии их с элементарными частицами и друг с другом принято называть ядерными реакциями.
|
|
|
Особым видом ядерных реакций является деление атомных ядер, при котором ядро тяжелого элемента делится на две части с одновременным испусканием двух-трех нейтронов, γ-лучей и значительным выделением энергии.
Деление ядер урана было открыто в 1938 г. немецкими учеными 0. Ганом и Ф. Штрассманом, однако правильное истолкование этого факта, именно как деления ядра урана, захватившего нейтрон, было дано в начале 1939 г. О. Фришем и Л. Мейтнер.
Деление ядра возможно благодаря тому, что масса покоя тяжелого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении. Из-за этого происходит выделение энергии — порядка 200 МэВ. Ни при какой другой ядерной реакции (не связанной с делением) столь больших энергий не выделяется.
Процесс деления атомного ядра можно объяснить на основе капельной модели ядра. Ядро урана-235 имеет форму шара (рис. а). Поглотив лишний нейтрон, ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму (рис. 6). Ядро растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между концами вытянутого ядра не начинают преобладать над силами сцепления, действующими в перешейке (рис. в). Растягиваясь еще сильнее, ядро разрывается на две части (рис. г). Под действием кулоновских сил отталкивания эти части, или осколки, разлетаются со скоростью в одну тридцатую скорости света. Фундаментальным фактом ядерного деления является испускание в процессе деления двух-трех нейтронов. Именно благодаря этому оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии.
|
|
|
2. При делении ядра урана освобождаются два нейтрона. Это позволяет осуществить цепную реакцию деления урана. Любой из нейтронов, вылетающих из ядра в процессе деления, может в свою очередь вызвать развал соседнего ядра, которое также испускает нейтроны, способные вызвать деление. В результате число делящихся ядер очень быстро увеличивается. Возникает цепная реакция. Цепная реакция сопровождается выделением огромного количества энергии. При делении каждого ядра выделяется около 200 МэВ. При полном же делении всех ядер, имеющихся в 1 г урана, выделяется энергия 2,3 ּ 104 кВтּч, что эквивалентно энергии, получаемой при сгорании З т угля или 2,5 т нефти. Но для осуществления цепной реакции нельзя использовать любые ядра, делящиеся под влиянием нейтронов. В силу ряда причин из ядер, встречающихся в природе, пригодны лишь ядра изотопа урана с массовым числом 235. Для течения цепной реакции нет необходимости, чтобы каждый нейтрон обязательно вызывал деление ядра. Необходимо лишь, чтобы среднее число освобожденных нейтронов в данной массе урана не уменьшалось с течением времени.
|
|
|
Это условие будет выполнено, если коэффициент размножения нейтронов больше или равен единице. Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения». Под сменой поколений понимают деление ядер, при котором поглощаются нейтроны старого «поколения» и рождаются новые нейтроны. Если k≥1, то число нейтронов увеличивается с течением времени или остается постоянным и цепная реакция идет. При k<1 число нейтронов убывает со временем и цепная реакция невозможна.
Для стационарного течения цепной реакции коэффициент размножения нейтронов должен быть равен единице. Это равенство необходимо поддерживать с большой точностью. Уже при k = 1,01 почти мгновенно произойдет взрыв.
3.Масса покоя ядра урана больше суммы масс покоя осколков, на которые делится ядро. Для легких ядер дело обстоит как раз наоборот. Так, масса покоя ядра гелия значительно меньше суммы масс покоя двух ядер тяжелого водорода, на которые можно разделить ядро гелия. Это означает, что при слиянии легких ядер масса покоя уменьшается и, следовательно, должно выделяться большое количество энергии. Подобного рода реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как они могут протекать только при очень высоких температурах.
Для слияния ядер необходимо, чтобы они сблизились на расстояние около 10-12 см, т. е. чтобы они попали в сферу действия ядерных сил. Этому сближению препятствует кулоновское отталкивание ядер, которое может быть преодолено лишь за счет большой кинетической энергии теплового движения ядер. Пока удалось осуществить лишь неуправляемую реакцию синтеза взрывного типа в водородной (или термоядерной) бомбе. Источником высокой температуры, необходимой для ядерного синтеза, здесь служит взрыв обычной атомной бомбы (урановой или плутониевой), помещенной внутри термоядерной. Технические возможности увеличения энергии взрыва термоядерных бомб практически ничем не ограничены.
Тема 29.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 268; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!