1.Будова атома Будова атомаБудова атома 2.Закон радіоактивного розпаду Закон радіоактивного розпадуЗакон радіоактивного розпаду 5. Склад атомного ядра Склад атомного ядраСклад атомного ядра 6. Енергія звязку атомних ядер Енергія звязку атомних ядерЕнергія звязку атомних ядер 3. Приклади розвязування задач Приклади розвязування задачПриклади розвязування задач 4. Методи реєстрації іонізуючих випромінювань Методи реєстрації іонізуючих випромінюваньМетоди реєстрації іонізуючих випромінювань 7. Ядерні реакції Ядерні реакціїЯдерні реакції 8. Ланцюгова ядерна реакція Ланцюгова ядерна реакціяЛанцюгова ядерна реакція 9. Термоядерні реакції Термоядерні реакціїТермоядерні реакції 10. Елементарні частинки Елементарні частинкиЕлементарні частинки

Схема будови спектрографа

Види оптичних спектрів: а – суцільний; б – лінійчатий випромінювання; в – лінійчатий поглинання; г - смугастий а б в г

Закономірності в атомному спектрі водню 1885 р. Я. Бальмер – частоти видимої частини спектра m R (), m R (), де m може бути 3, 4, 5,… 1906 р. Лайман – частоти в ультрафіолетовій частині спектра де m може бути 2, 3, 4,… R – стала величина

1 2 n 1 2 m R () m R (), 1908 р. Пашен – частоти в інфрачервоній частині спектра де m може бути 4, 5, 6,… Всі лінії спектра водню можна виразити однією формулою: де n і m – цілі числа, причому m > n

1 – мікроскоп, 2 – екран, 3 – свинцевий контейнер з радіоактивним препаратом, 4 – мішень (дротинка), 5 – шланг до вакуумного насосу, 6 – корпус Прилад, за допомогою якого Резерфорд вивчав розсіювання частинок

Треки частинок Ядерна модель атома

Енергетичні рівні атома

Схема досліду Д. Франка і Г. Герца

Залежність сили струму від напруги в досліді Д. Франка і Г. Герца

Визначення складу радіоактивного випромінювання

частинка: частинка: q = 2e; m = 4 а.о.м.; швидкість порядка 10 7 м/с; енергія – кілька МеВ; 42He символ – частинка: частинка: q = -e; m = 5, а.о.м.; швидкість до 0,999с; енергія – від 0 д кількох МеВ символ – e0 – промені: – промені: електромагнітні хвилі; швидкість – с; енергія – h символ – символ – маса фотона – 0; довжина хвилі м;

Проникаюча здатність частинок і квантів у алюмінію

Правило зміщення X A Z Y A Z He 4 2 X A Z YAZ e 0 1

Природна радіоактивність Th He U23892 Th23490 e01 Pa

Штучна радіоактивність e 0 1 C136 N137 e 0 1 – позитрон e 0 1 Si3014 P3015

Nt N - = -=Nt N Т - період піврозпаду = Tln2 Закон радіоактивного розпаду

-N = N 0 t e N = N 0 2 Tt- = eln22

A - активність... – середній час життя ядра = 1,44 Т = 1,44 Т1 = = A = N

Як користуватися законом радіоактивного розпаду 1. Формула N = - N t дозволяє розвязати багато задач на вивчення радіоактивності. Але її можна застосовувати в тому випадку, якщо проміжок часу, за який відбувся розпад атомних ядер, набагато менший ніж період піврозпаду t

Наприклад, за проміжок часу t розпадається частка початкової кількості ядер N N = t = 0,693 tT t Звідси, якщо T 1 0,693 = 1,44,> t > 1,44T t > 1,44Tабо то N > 1 N

Лічильник Гейгера

Камера Вільсона Фотографія треків в камері Вільсона 1 – випромінювач, 2 – поршень, 3 – чорний жерстяний диск, 4 – кільце з дроту, 5 - лампа

1919 рік.Е. Резерфорд H 1 1 O178 He42 N147 p1 1 H11 – протон

1932 рік.Д. Чедвік n 1 0 C126 He42 Be94 n 1 0 – нейтрон

Z – заряд ядра А – масове число нуклони протони m = 1,00728 а.о.м. нейтрони m = 1,00866 а.о.м. H 1 1

кількість протонів у ядрі – Z кількість нейтронів – N = A – Z ізотопи H31 H21 H11 Z = 1 N = Z = 1 N = Z = 1 N = 0 1 2

Мезонна теорія ядерних сил

Питома енергія звязку атомного ядра

mc2 m = Zmp + Nmn – Mя Е = (Zmp + Nmn – Mя)c2 mp = 1,00728 а.о.м., mn = 1,00866 а.о.м. 1 а.о.м.= 1, кг 1 еВ = 1, Дж, 1МеВ = 1, Дж

Задача: Визначити енргію звязку ядра гелію He 4 2. Розвязання Eзв= (Zmp+ Nmn – Mя )c2 Z=2, mp=1,00728 а.о.м.N=2, mn=1,00866 а.о.м. Езв= (2.1, ,00866 – 4,00260)1, = = 0, Дж 1МеВ = 1, Дж ,1 1044, зв E МеВ

H 1 1 O178 He42 N147n 1 0 B105 HBe He42 Na n10 Al2713

Різниця енергій спокою ядер і частинок до реакції і після реакції

Задача: Яким є енергетичний вихід ядерної реакції nBeHLi ? 2 c mmm mE n BeHLi А. Поглинається більше 4 МеВ Б. Поглинається менше 2 МеВ В. Виділяється менше 17 МеВ Г. Виділяється більше 18 МеВ

Задача: Написати пропущені позначення в таких ядерних реакціях: ? n He Al2713 ? ? C HC ? Mn5525 nFe ? MgAl Na2411 Mg HeNaH e 0 1 H 1 1 H 1 1

n10 X2 X1 n10 U X1 I X2 – радіоактивні ізотопи Осколки – це ядра радіоактивних ізотопів. Можливе утворення будь-якої пари різних осколків з різним числом нейтронів: Zr i Te, Xe i Sr, Sb i Nb та інші.

Одна із багатьох можливостей розщеплення урану

Перші чотири покоління нейтронів

Перетворення урану в плутоній UnU eNpU ePuNp

Схема ядерної електростанції

Термоядерний синтез легких ядер відбувається при температурах в десятки мільйонів градусів He 4 2 H31 n1 0 H21 He42 He42 HLi

Частинки, яким на сьогоднішній день наука не може приписати певну внутрішню будову, називають елементарними. Відкрито 38 елементарних частинок і більше 300 резонанс – частинок (коротко-живучі частинки із середнім часом життя – с).

Класифікація елементарних частинок 2. Лептони (легкі): 1. Фотони (m0 = 0): ~~,,,,,,,ee 3. Мезони (середні): 00,,,,,kkk 4. Баріони (важкі): Нуклони (p, n) і гіперони

Кожна частинка має свою античастинку, тобто частинку тієї ж маси спокою, але з деякими протилежними квантовими властивостями. Наприклад: ~ ee p p ііі,, Фотон та 0 – мезон античастинок не мають.

Девять частинок – стабільні, живуть у вільному стані як завгодно довго: ~~,,,,,,,, ppee Інші частинки нестабільні. Наприклад, нейтрон стабільний у ядрі, а у вільному стані середній час життя нейтрона становить 15 хвилин. 1 0~ e11 p n

При зєднанні частинки і античастинки відбувається анігіляція частинок: ee Кожний фотон забирає енергію h = m0c2 = 0,511 МеВ

Можливе утворення трьох - фотонів

ee При взаємодії жорсткого фотона із ядром утворюється пара (фотонародження):

При будь-якому перетворенні частинок виконуються закони збереження маси, енергії, електричного заряду, імпульсу. Імпульси фотонів, які виникають при анігіляції електрон – позитронної пари, напрямлені в протилежні сторони. Чому?

Нейтральні частинки та їх античастинки мають різний характер взаємодії з речовиною. Наприклад: p11 n10 e01 e n 1 0 e 0 1 p e 1 1~

Між елементарними частинками здійснюються три типи взаємодій: сильна, електромагнітна, слабка. сильні – із баріонами та іншими важкими частинками; Взаємодії здійснюються: електромагнітні – із електрично зарядженими частинками; слабкі – із лептонами

Вид взаємодії Порівняльна величина взаємодії Час протікання взаємодії сильна – с електромаг- нітна 1/ – с слабка – с Кожна з взаємодій має певну порівняльну величину та характерний час протікання.

Задача: При зіткненні гама-кванта жорсткого випромінювання з ядром атома відбулося фотонародження. Визначити кінетичну енергію утвореної пари – електрона і позитрона, якщо частота гама-кванта Гц. Розвязування: За законом збереження енергії: h m0c2 + Ek Кінетична енергія утвореної пари: Ek= h – 2m0c2 Кінетична енергія електрона чи позитрона: 2 ' k kEE Відповідь: кінетична енергія електрона чи позитрона дорівнює 1 МеВ, (1, Дж).

Кваркова теорія частинок У пошуках способів більш простого опису взаємодії елементарних частинок і зведення їх різноманітності до обмеженої кількості більш простих елементарних частинок, триває розвиток кваркової гіпотези й науки – квантової хромодинаміки.

Задача 1 Скільки ядер атомів полонію із ядер розпадеться за добу? Період піврозпаду полонію 138 діб. Розвязання За час t розпадається N ядер N N tде, оскільки t < T, можна застосувати цю формулу, тоді N = N t N N tде, оскільки t < T, можна застосувати цю формулу, тоді N = N t T 2ln T2ln Відповідь: N = 5025

Задача 2 Знайти активність 1 г радія. Період піврозпаду Т =1590 р. Розвязання Активність, або A= N N A t MmNT A A 2lnВідповідь: А=3, с-1

Задача 3 Яка частина радіоактивних ядер деякого елемента розпадеться за час, який дорівнює половині періоду піврозпаду? Розвязання N N N N N 00 1 N N N N N=N 0 e - t t t e N eN N N T t N N Відповідь: 0,29

Задача 4 Визначити період піврозпаду радіоактивного ізотопа деякого елемента, якщо 3/7 початкової кількості ядер розпалися за 257 с. Розвязання N=N 0 e - t 00 1 N N N N t t e N eN N N t e 1 73

74 t e 74ln t t 74ln 7 4 ln2lntT t74 ln 2ln T 7 4 ln2lntT Відповідь: 318 с 47ln 74ln

Задача 5 Вивести формулу для активності через період піврозпаду і початкову кількість ядер. Розвязання N = - N t N = - N t N A t A= N N=N 0 e - t T2ln T t eN T A 2 ln 0 2ln

Задача 6 Початкова маса радіоактивного ізотопу йоду дорівнює 1 г. Визначити початкову активність йоду та активність через 3 доби. Період піврозпаду ізотопу 8 діб. J Розвязання A 0 = N 0 – початкова активність, T2ln mNMT A0A0A0A0 A 2ln M mN N A 0

T t e A T A 2ln0 2ln t eAA 0 mN MT A A 2ln T t e 2ln mN MT A A 2ln Tt2 Відповідь: A0=4, Бк; А=3, Бк.

Гімназія 1 м. Купянськ Харківська область Склав: Бріткін В.М. – учитель фізики 2009 рік