Ядерные реакции Дома: §50, 251

Ядерная реакция – это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-квантов. В результате ядерных реакций могут образовываться новые радиоактивные изотопы, которых нет на Земле в естественных условиях. Символически реакции записываются в виде: Символически реакции записываются в виде: A + X Y +b В любой ядерной реакции выполняются законы сохранения электрических зарядов и массовых чисел: сумма зарядов (и массовых чисел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (и сумме массовых чисел) конечных продуктов (ядер и частиц) реакции. Выполняются также законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

Ядерные реакции могут быть как экзотермическими (с выделением энергии) так и эндотермическими (с поглощением энергии). Энергетическим выходом ядерной реакции или энергией реакции Q называется разность кинетических энергий конечного и начального состояний частиц, участвующих в ядерной реакции: Q=E'k-Ek.Q=E'k-Ek. Q=E'k-Ek.Q=E'k-Ek. Если реакция идет с выделением кинетической энергии, то Q>0 и реакция называется экзотермической. Если реакция идет с поглощением кинетической энергии, то Q0 и реакция называется экзотермической. Если реакция идет с поглощением кинетической энергии, то Q

Первая ядерная реакция была осуществлена в 1919 г. Э. Резерфордом. Бомбардируя ядра азота альфа-частицами, он получил вместо азота кислород: Первая ядерная реакция была осуществлена в 1919 г. Э. Резерфордом. Бомбардируя ядра азота альфа-частицами, он получил вместо азота кислород: В этой реакции впервые было осуществлено искусственное превращение одного химического элемента в другой. Рассказывают, что Резерфорд был настолько поглощен исследованиями этого превращения, что даже опоздал как-то на важное заседание Комитета по военным разработкам. Объясняя свою задержку, он сказал: «Я был занят исследованиями, которые, как мне кажется, могут привести к искусственному расщеплению атома. Если это действительно так, то подобное исследование неизмеримо важнее, чем война!»

В этой же реакции из ядра азота было выбито ядро водорода Отсюда Резерфорд заключил, что оно является составной частью сложных ядер и может считаться новой элементарной частицей. Эту частицу сначала хотели назвать «бароном» (от греч. «барос» тяжесть), но более подходящим оказалось название «протон», ко­торое было предложено Резерфордом в 1920 г. С одной стороны, оно происходило от греч. «протос» первый, первичный, а с другой стороны, по замыслу Резерфорда, напоминало фамилию английского ученого У. Проута, который еще в 1815 г. выдвинул гипотезу о том, что атомы водорода входят в состав всех остальных атомов.

Нейтрон,Нейтрон, как уже говорилось, был открыт значительно позже, в 1932 г. Автором этого открытия считается английский физик Дж. Чедвик, хотя ядерная реакция, в которой впервые проявился нейтрон, а именно наблюдалась за два года до этого немецкими физиками В. Боте и Г. Бекером. Именно они впервые заметили, что в результате облучения бериллия альфа-частицами возникает какое-то нейтральное излучение. Однако Боте и Бекер приняли его за гамма-излучение, и лишь Чедвик убедительно показал, что это новые частицы с нулевым электрическим зарядом. Поскольку это были нейтральные частицы, их решили назвать нейтронами (от лат. neuter ни тот ни другой). Нейтрон,Нейтрон, как уже говорилось, был открыт значительно позже, в 1932 г. Автором этого открытия считается английский физик Дж. Чедвик, хотя ядерная реакция, в которой впервые проявился нейтрон, а именно наблюдалась за два года до этого немецкими физиками В. Боте и Г. Бекером. Именно они впервые заметили, что в результате облучения бериллия альфа-частицами возникает какое-то нейтральное излучение. Однако Боте и Бекер приняли его за гамма-излучение, и лишь Чедвик убедительно показал, что это новые частицы с нулевым электрическим зарядом. Поскольку это были нейтральные частицы, их решили назвать нейтронами (от лат. neuter ни тот ни другой). «Коронация» нейтрона произошла 28 апреля 1932 г. в Лондонском королевском обществе. Резерфорд сказал: «Если гипотеза о нейтронах будет подтверждена далее, то они будут иметь большое влияние на наше понимание образования ядра и его состава».

Ядерные реакции могут протекать: В лабораторных экспериментах. В естественных условиях (например, в недрах звезд)

Источниками частиц могут служить радиоактивные препараты, космические лучи, ядерные реакторы и ускорители заряженных час­тиц. Полученный от того или иного источника пучок частиц направ­ляют на определенный блок вещества, называемый мишенью. В ре­зультате взаимодействия налетающих частиц с ядрами мишени возникают новые частицы. Для того чтобы их зарегистрировать, при­меняют специальные устройства, называемые детекторами частиц. Различают два основных класса детекторов: В счетчиках прохождение частицы вызывает появление электрического импульса. Это позволяет вести счет частиц, а также измерять некоторые их характеристики. трековые детекторы позволяют визуально наблюдать или фиксировать фотографическими и электрон­ными методами треки частиц следы, оставляемые ими в рабочем веществе детектора

г) рассчитать изменение энергии (т.е. найти энергетический выход): ΔЕ = Δm * 931 МэВ/а.е.м Для того чтобы провести энергетический расчёт ядерных реакций надо: а) определить массу ядер и частиц до реакции (m 1 ) б) определить массу ядер и частиц после реакции (m 2 ) в) найти изменение массы Δm = m 1 - m 2

а) определим массу ядер и частиц до реакции (m 1 ): 7 14 N = 14, а.е.м. 2 4 He = 4, а.е.м. + m 1 = 18, а.е.м. б) определим массу ядер и частиц после реакции (m 2 ): 8 17 O = 16, а.е.м. 1 1 H = 1, а.е.м. + m 2 = 18, а.е.м. в) найдём изменение массы Δm = m 1 - m 2 : Δm = 18, а.е.м. - 18, а.е.м. = - 0, а.е.м. г) рассчитаем изменение энергии (т.е. найдём энергетический выход): ΔЕ = Δm * 931 МэВ/а.е.м. ΔЕ = Δm * 931 МэВ/а.е.м. = - 0, а.е.м. * 931 МэВ/а.е.м. = = - 1,04 МэВ. Знак «-» говорит о том, что реакция происходит с поглощением энергии. Пример 7 14 N He = 8 17 O H

Определить энергетический выход ядерной реакции К He Ca H К = 40, а.е.м Ca = 43, а.е.м. Поглощается или выделяется при этом энергия? К He Ca H К = 40, а.е.м Ca = 43, а.е.м. Поглощается или выделяется при этом энергия? а) К = 40, а.е.м. 2 4 He = 4, а.е.м. + m 1 = 44, а.е.м. б) Ca = 43, а.е.м. 1 1 H = 1, а.е.м. + m 2 = 44, а.е.м. в) Δm = m 1 - m 2 = 0,96198 а.е.м. г) ΔЕ = Δm * 931 МэВ/а.е.м. = 0,96198 а.е.м. * 931 МэВ/а.е.м. = 89,56 МэВ, энергия выделяется. а) К = 40, а.е.м. 2 4 He = 4, а.е.м. + m 1 = 44, а.е.м. б) Ca = 43, а.е.м. 1 1 H = 1, а.е.м. + m 2 = 44, а.е.м. в) Δm = m 1 - m 2 = 0,96198 а.е.м. г) ΔЕ = Δm * 931 МэВ/а.е.м. = 0,96198 а.е.м. * 931 МэВ/а.е.м. = 89,56 МэВ, энергия выделяется.

Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке Al α-частицами и сопровождающуюся образованием протона Al He … H Al He 14 … H Al He H Al He Si H

Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке 5 11 В α-частицами и сопровождающуюся выбиванием нейтронов В He … n 5 11 В He 7 … n 5 11 В He 7 14 … n 5 11 В He 7 14 N n