bannerka.ua

Структура атомного ядра — часть 1

Структура атомного ядра. Радиоактивность Постулаты Бора Лазеры.

План.

Атомное ядро и внутриядерные процессы.

Наблюдение и регистрация микрочастиц.

Состав ядра. Энергия связи. Ядерные реакции.

Опыты Резерфорда. Постулаты Бора.

Общие сведения об атомных ядра. Изотопы.

Ядерная физика — Это раздел физики, который изучает строение атомных ядер и процессы, в них происходят.

Согласно гипотезы Д. Д. Иваненко (1932 г.), которая сейчас является общепризнанной, все атомные ядра состоят из двух видов элементарных частиц — протонов и нейтронов. Протон имеет положительный заряд, равный заряду электрона (+1,6 × 10 -19 Кл), и массу покоя mp = 1,67 · 10-27 кг. Нейтрон не имеет заряда, его масса совсем незначительно превышает массу протона: mn = 1,675 · 10-27 кг. Общее название протона и нейтрона — нуклоны. Массу ядер и элементарных частиц измеряют в атомных единицах массы (а. о. М.). Одна а. о. г. равна одной двенадцатой массы изотопа атома углерода С-12: 1,6 · 10-27 кг. Итак: mp »mn» 1 а. о. м Заряд атомного ядра произвольного химического элемента, полученный в элементарных зарядах, равно атомному номеру Z этого элемента. Итак: количество протонов в атомном ядре равно атомному номеру химического элемента (порядковому номеру в таблице Менделеева): Np = Z. Почти вся масса атома — это масса ядра. Масса ядра состоит из суммы масс нуклонов. Итак: сумма количеств протонов и нейтронов, полученная в а. о. г., равна массовому числу атома А, то есть ближнему целому числу к атомной массы: Np + Nn = A, т. е. количество нейтронов равняется разнице: Nn = A — Z. Атомные ядра обозначаются символом: X, где Х — символ химического элемента, А — массовое число, Z — атомный номер. Например: Не — ядро гелия, О — ядро кислорода и др..

Изотопы — это атомные ядра, которые имеют одинаковый заряд, но разное массовое число; есть имеют одинаковое количество протонов и разное количество нейтронов. Для водорода такими изотопами являются: протий (легкий водород), дейтерий (тяжелый водород), тритий (сверхтяжелый водород), чотирьохнуклонний водород (без спецназвы). Обозначаются они так: протий, дейтерий, тритий. В соединении с кислородом они образуют: воду, тяжелую воду и сверхтяжелую воду. Все изотопы одного химического элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек, поэтому их химические свойства одинаковы. В то же время физические свойства, связанные со строением ядра, значительно различаются. Существенным это имеет проявление в легких элементов. Главным фактором того, что атомная масса некоторых элементов в значительной степени отличается от целого числа является то, что большинство элементов — это смесь изотопов. Разделить эти изотопы возможно с помощью масс-спектрографа.

2. Наблюдение и регистрация микрочастиц.

На сегодняшний день существуют такие приборы для наблюдения и регистрации микрочастиц:

1.Личильник Гейгера — Мюллера. Он регистрирует каждую ионизирующую частицу; максимальное количество отсчетов до 10 000 частиц в 1 с. Работает по ионизационным принципу.

2. Сцинцилляцийний счетчик. Работает по принципу радиолюминисценции, есть специальное вещество освещает точку в месте попадания частиц радиационного излучения. Отмечает каждую микрочастицу, что попадает к счетчику, количество отсчетов на несколько порядков выше, чем в ионизационного счетчика.

3. Камера Вильсона и пузырьковая камера. Дают возможность фотографировать треки микрочастиц. 4. Толстые фотоэмульсии. Дают возможность наблюдать треки очень энергоемких частиц, я также дают возможность длительное время ожидать доли, которые очень редко встречаются в природе. Применение тех или иных средств обусловлено различными факторами протекания физических процессов в мире микрочастиц.

Биологическое действие излучения характеризуется дозой. Поглощенной дозой излучения D называется отношение поглощенной энергии ионизирующего излучения в массы облученного вещества: D =, [D] = Гр. =. Действие ионизирующего излучения на биологические объекты заключается в нарушении процессов клеточного деления. Природный фон радиации составляет на человека в год 2.10 -3 Гр. Доза более 3 Гр, полученная за короткое время, смертельна. Самый простой способ защиты — удаление на достаточно большое расстояние от источника излучения. От g — лучей защищает свинец, от медленных нейтронов — толстый слой цемента, бора, кадмия.

2. Ядерные силы.

Согласно теории Я. И. Френкеля, атомное ядро можно представить в виде капли жидкости, в которой нуклоны связаны между собой особыми силами, как в капле молекулы связаны силами молекулярного сцепления.

Ядерные силы — это особые силы при тяжести, которые связывают между собой нуклоны в ядре. Другое название ядерных сил — сильное взаимодействие. Эти силы действуют на очень малых расстояниях ~ 10-13 см и превышают кулоновские силы отталкивания между протонами на таких расстояниях. Ядерные силы — это силы особого рода, они не гравитационные и не электрические. На сегодняшний день достаточно вероятной считается мезонных теория ядерных сил, согласно которой нуклоны взаимодействуют между собой путем обмена особыми элементарными частицами — мезонами. Наиболее устойчивыми являются ядра легких элементов, а в тяжелых элементов (расположенные после свинца в таблице Менделеева) ядерные силы уже не обеспечивают устойчивости ядер, поэтому эти ядра могут самопроизвольно распадаться.

3. Естественная радиоактивность. Виды радиоактивного излучения. Закон радиоактивного распада.

Естественная радиоактивность — это процесс самопроизвольного распада ядер химических элементов с превращением их в ядра более легких элементов.

Открытая естественная радиоактивность была в 1896 г. французским физиком А. А. Бекерелем относительно урановых солей, далее основательно исследовано это явление было П. Кюри и М. Кюри-Склодовской и Э. Резерфордом, которые открыли радиоактивность радия, полония, актиния, тория. Излучение этих радиоактивных элементов называется радиоактивного излучения (радиоактивные лучи). Опыты радиоактивных лучей в магнитном поле установили наличие трех компонент в излучении, а именно:

Альфа-лучи (α-лучи) — это поток ядер гелия Не — a-частицы. Они отклоняются в электрическом и магнитном полях. Имеют скорости от 14 до 20 000 км / с, что соответствует энергиям от 4 до 9 МэВ. Имеют высокую ионизирующую свойство (до 30 000 пар ионов на 1 см пробега) и малую длину свободного пробега (малую проникающую свойство) ~ 9 см в воздухе. Полностью поглощаются, например, толщей алюминия до 0,06 мм, или биотканью до 0,12 мм;

Бета-лучи (b-лучи) — поток электронов — β-частиц со скоростями до 160 000 км / с. Имеют непрерывный энергетический спектр, т. е. самые скорости и энергии. Ионизирующая свойство довольно мала, а проникающая свойство »в 100 раз выше, чем в a-частиц. Поглощаются лучи биотканью до 6 см толщиной. Одновременно с бета-частицей из ядра вылетает очень легкая незаряженным частица — нейтрино, поэтому эти две частицы совместно выносят из ядра всегда одинаковую энергию.

G-лучи — поток фотонов высоких энергий около 1 МэВ, то есть эти лучи чрезвычайно жестким электро-магнитном излучением с частотой до 10 — 20 Гц по свойствам вроде рентгеновского излучения. Эти лучи не отклоняются ни в магнитном ни в электрическом полях, распространяются со скоростью света, при прохождении через кристалл обнаруживают дифракцию. Но в отличие от рентгеновских лучей γ-лучи излучаются атомным ядром, а не электронными оболочками. Ионизирующая свойство мала, а проникающая свойство чрезвычайно высока: проходят сквозь тело человека насквозь, отдельные лучи могут пройти через слой свинца до 5 см толщиной.

В результате радиоактивного распада атомное ядро одного химического элемента превращается в атомные ядра других химических элементов, при этом выполняются так называемые законы смещения.

Вследствие a-распада заряд ядра уменьшается на две единицы, а массовое число уменьшается на четыре; элемент смещается в периодической таблице на два номера влево с уменьшением массового числа на четыре а. А. М.: Структура атомного ядра - часть 1, например:Структура атомного ядра - часть 1.

Вследствие b-распада заряд ядра увеличивается на единицу, а массовое число практически не изменяется; элемент смещается в периодической таблице на один номер вправо без изменения массового числа. Структура атомного ядра - часть 1, например:Структура атомного ядра - часть 1. (Структура атомного ядра - часть 1) (Нейтрино)

Радиоактивный распад ведет к уменьшению количества атомов радиоактивного элемента. Процесс распада носит вероятностный характер в отношении каждого конкретного атома. Количество атомов, распадающихся за время dt пропорциональна этом отрезке времени, а также общем количестве N атомов радиоактивного элемента:

DN = — λ N dt, где λ — постоянная распада данного элемента. Закон радиоактивного распада в математической форме имеет вид: Структура атомного ядра - часть 1, где N0 — число атомов в момент времени t = 0;

T — время, N — число атомов в момент времени t.

Период полураспада — это время, за которое количество атомов начального элемента уменьшается вдвое:

Т = 0,693 / λ. Среднее время жизни атома — величина, обратная постоянной распада λ элемента: τ = 1 / λ, или: τ = 1,44 Т.

Активность элемента — это количество атомных ропадив за 1С: Структура атомного ядра - часть 1. Измеряется в Кюри: 1Кы = 3,7 · 1010 распадов / с. На сегодняшний день известны четыре радиоактивные семейства химических элементов: 1) урана — радия: уран-238 (Т = 4,5 млрд. лет) → процесс радиоактивных распадов после нескольких последовательных распадов-преобразований завершается изотопом свинца-206, 2) нептуния: нептуний -237 (Т = 2,2 млн. лет) → изотоп висмута-209. Сейчас на Земле природного нептуния уже не существует, потому что он полностью распался, 3) актиния: актиноуран-235 (Т = 0,73 млрд. лет) → изотоп свинца-207, 4) тория: торий-232 (Т = 14 млрд. лет) → изотоп свинца-208.

5. Ядерные реакции.

Опыты над естественной радиоактивностью элементов доказали, что преобразование одного химического элемента в другой обусловлено внутриядерными процессами.

Поэтому были предприняты удачные попытки искусственным образом вызвать ядерные превращения.

Ядерная реакция — это процесс превращения атомных ядер одних элементов в другие в результате действия на них быстрых элементарных частиц или ядер других атомов.

Первая искусственная ядерная реакция была реализована в 1919г. Э. Резерфордом: ядра азота превратились в ядра изотопа кислорода под действием a-частиц от естественного радиоактивного препарата:

Структура атомного ядра - часть 1

(A-ч.) (Р)

Вследствие еще одной искусственной ядерной реакции в 1932 г. Был обнаружен нейтрон (совершил реакцию Д. Чедвик):

Структура атомного ядра - часть 1,

Далее нейтроны устремились в камеру Вильсона с азотом и вызвали реакцию:

Структура атомного ядра - часть 1.

(A-ч.)

Все ядерные реакции протекают с излучением различных элементарных частиц и g — фотонов. Элементы многих ядерных реакций являются радиоактивными, и их называют искусственно радиоактивным и изотопами (это явление было открыто в 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри).

На сегодняшний день получены по несколько искусственных изотопов для каждого химического элемента. Многие из них используются в качестве меченых атомов в различных областях человеческой деятельности.

6. Энергия связи. Дефект масс атомного ядра.

Для того, чтобы осуществить ядерную реакцию, нужно выполнить работу против ядерных сил, которые удерживают нуклоны в ядре.

Энергия связи ядра — это энергия, которая нужна для разделения нуклонов в ядре, т. е. энергия разрыва ядерных связей между нуклонами.

Дефект массы ядра — это разница между суммой масс всех нуклонов ядра и массой целостного ядра из этих же нуклонов.

Энергия связи ядра и дефект массы ядра связаны простым соотношением:

Структура атомного ядра - часть 1, где DW — энергия связи,

D m — дефект массы ядра;

С — скорость света в вакууме.

Общая формула для расчета энергии связи ядра и его дефекта массы (вычисляется с большой точностью опытным путем) имеет вид:

Структура атомного ядра - часть 1,

[Дж]

Где А — массовое число; z — атомный номер элемента; mp — масса протона; mn — масса нейтрона.

В а. о. массы, и, учитывая связь между а. о. массы и энергией в эВ, можно получить:

Структура атомного ядра - часть 1,

[МэВ] а. А. Н. а. А. Н. а. А. Н.

Удельная энергия связи ядра — это энергия связи ядра, которое приходится на один нуклон:

ΔWпитома = DW / А.

Чем больше удельная энергия связи, тем прочнее ядро элемента. Наиболее устойчивые ядра элементов в середине таблицы Менделеева: у элементов с А »100 а. А. Н., DW »8,65 МэВ, в тяжелых элементов (урана): DW» 7,5 МэВ, в легких (гелия): DW »7 МэВ.

Каждая ядерная реакция сопровождается излучением или поглощением энергии.

Излучаемую энергию происходит при реакции деления тяжелых ядер в ядра с массовыми числами А ³ 100, а также вследствие ядерных реакций объединения (синтеза) легких ядер в одно более тяжелое ядро.

При деления ядра урана-238 (А1 = 238) на два атомных ядра (осколки) с массовыми числами А2 = 119 выделяется ядерная энергия: DW »261,8 МэВ:

Δ W = W2 — W1 = 238 × (8,6 МэВ — 7,5 МэВ) = 261,8 МэВ.

Для разделения ядра расходуется энергия связи 238-мы нуклонов, а в двух новых ядрах эта энергия (энергия связи) уже значительно больше: в уране ~ 7,5 МэВ на нуклон, а в ядрах с А2 = 119 ~ 8, 6 МэВ на нуклон.

При реакции синтеза, например, из двух ядер натрия 23Na (A1 = 23) ядра с массовым числом А2 = 46 тоже выделится ядерная энергия:

Δ W = W2 — W1 = 2 × 23 × (8,4 — 7,9) МэВ = 23 МэВ.

Итак, ядерная энергия, которая выделяется в результате реакции деления тяжелых ядер или реакций синтеза легких ядер, равна разности энергий связи продуктов реакций и энергии связи начального ядерного материала: ΔW = W2 — W1.

  • Фрекцийни передачи детали машин
  • Программа по проверке процесса стерилизации консервов
  • Качество продукции это
  • Методы определения температуры в молоке и молочных продуктах
  • Виды переработки животных
  • Классификация основных процессов пищевых производств.

Реферати :

Tagged with: , , , , ,
Posted in Физика

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Перечень предметов
  1. Бухучет в ресторанном хозяйстве
  2. Введение в специальность 4к.2с
  3. Высшая математика 3к.1с
  4. Делопроизводство
  5. Информационные технологии в области
  6. Информационные технологии в системах качества стандартизаціісертифікаціі
  7. История украинской культуры
  8. Математические модели в расчетах на эвм
  9. Методы контроля пищевых производств
  10. Микробиология молока и молочных продуктов 3к.1с
  11. Микропроцессорные системы управления технологическими процессами
  12. Научно-практические основы технологии молока и молочных продуктов
  13. Научно-практические основы технологии мяса и мясных продуктов
  14. Общая технология пищевых производств 4к.2с
  15. Общие технологии пищевых производств
  16. Организация обслуживания в предприятиях ресторанного хозяйства
  17. Основы научных исследований и техничнои творчества
  18. Основы охраны труда
  19. Основы пидприемницькои деятельности и агробизнеса
  20. Основы физиологии и гигиены питания 3к.1с
  21. Пищевые и диетические добавки
  22. Политология
  23. Получения доброкачественного молока 3к.1с
  24. Прикладная механика
  25. Прикладная механика 4к.2с
  26. Теоретические основы технологии пищевых производств
  27. Технологический семинар
  28. Технологическое оборудование для молочной промышленности
  29. Технологическое оборудование для мьяснои промышленности
  30. Технология продукции предприятий ресторанного хозяйства
  31. Технология хранения консервирования и переработки молока
  32. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
  33. Технохимическому контроль
  34. Управление качеством продукции ресторанного хозяйства
  35. Физика
  36. Физическое воспитание 3к.1с
Возможно Вы искали: