Автор: Городецкая Анастасия, ученица 10 класса МОУ СОШ 15 Сергиево-Посадского района Московской области Руководитель: Шахсуварян Анаит Мхитаровна, учитель физики МОУ СОШ 15

Представление о радиоактивности и строении атомного ядра. Познакомить с понятием ядерной реакции. Сформулировать представление о делении ядра урана, о цепной ядерной реакции, выяснить условие её протекания

Радиоактивность Анри Беккерель Эрнест Резерфорд Планетарная модель атома Бора-Резерфорда Состав атомного ядра (строение) α распад β распад Ядерные силы Деление ядра урана Термоядерная реакция Биологическое действие радиации

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения. Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы.

Одним из первых доказательств сложного строения атома стало открытие А.Беккереля в 1896г. Он изучал явление фосфоресценции – свечение, проявляющееся после облучения солнечными лучами. Беккерель считал, что открытое рентгеновское излучение может проявляться как раз в результате фосфоресценции. Чтобы доказать это, он заворачивал фотопластинку в черную бумагу и помещал её на соли калия и урана. Затем пластинку проявляли. Если на ней обнаруживались следы проникающего излучения, то это означало, что соль испускала рентгеновское излучение, ведь черная бумага задерживает все другие лучи. Однажды учёный обнаружил, что почернение пластинки, на которой лежала соль урана, происходит и без освещения солнечным светом. То есть уран и его соли излучали какие-то неизвестные лучи. Анри Беккерель

В 1899г. Резерфорд провёл опыт, в результате которого было обнаружено, что радиоактивное излучение не однородное, то есть оно имеет сложный состав. Он воздействовал на радиоактивный пучок радия сильным магнитным полем. В результате оказалось, что пучок состоит из трёх различных частиц, с разными зарядами. Положительно заряженные частицы назвали – α-частицы, отрицательно заряженные – β-частицы, а нейтральные – γ-частицы. Эрнест Резерфорд Опыт Эрнеста Резерфорда

В 1911 году. Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Планетарная модель атома

Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов. Нильс Бор

В 1932г. советские ученые Е.Н.Гапон и Д.Д.Иваненко и немецкий физик Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра атома. По этой теории все ядра состоят из двух видов частиц – протонов и нейтронов (нуклонов). Общее число нуклонов в ядре называется массовым числом и обозначается А. Массовое число численно равно массе ядра, выраженной в атомных единицах массы. Атомная единица массы (1 а. е. м.) равна 1/12 части массы атома углерода. Число протонов соответствует порядковому номеру элемента Состав атомного ядра

Альфа-распад – это самопроизвольное испускание атомным ядром α-частицы. В результате вылета α-частицы (ядра атома гелия) из атомного ядра с числом протоновZ и нейтронов N оно превращается в другое ядро, содержащее число протонов Z-2 и нейтронов N-2. Правило смещения: при α-распаде одного химического элемента образуется другой, расположенный в таблице Менделеева на 2 клетки ближе к её началу, чем исходный. α распад

Бета-распад – это самопроизвольное испускание атомным ядром β-частицы (электрона). Внутри ядер электроны существовать не могут. Но в результате бета- распада нейтрон превращается в протон, электрон и частицу антинейтрино. Электрон и антинейтрино вылетают из ядра, а протон остаётся. В результате β-распада число протонов увеличивается на единицу. Правило смещения: при β-распаде одного химического элемента образуется другой, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным. β распад

Силы которые скрепляют отдельные протоны и нейтроны в ядре называются ядерными. Важнейшей особенностью ядерных сил является короткий радиус их действия. Они действуют только внутри атомного ядра, то есть на масштабах фемтометров ( ). Радиус ядерных сил по порядку величины равен размеру нуклона, поэтому ядра - сгустки очень плотной материи. Возможно, самой плотной в земных условиях. ядро

В 1939г. - было открыто деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами учеными Отто Ганом и Фрицем Шрассманом. Атом урана, поглотив нейтрон, возбуждается, деформируется и разрывается на две части с излучением при этом 2-3 нейтронов. Поглощая нейтрон, ядро урана получает необходимую энергию для преодоления ядерных сил притяжения между нуклонами, при этом внутренняя энергия ядра увеличивается. При распаде ядра часть внутренней энергии переходит в кинетическую энергию осколков, а затем за счет торможения их во внутреннюю энергию окружающей среды. Реакция деления ядер урана идет с преобладающим выделением энергии. в окружающую среду. Деление ядра урана

Ядерный реактор - это установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер. При этом высвобождается огромное количество ядерной энергии. Ядерный реактор состоит из активной зоны и отражателя. Активная зона содержит ядерное топливо и замедлитель. Топливные элементы обычно имеют вид стержней. Вдоль топливных элементов двигается теплоноситель - вода, которая забирает выделяемое тепло. Внутренняя энергия атомных ядер переходит во внутреннюю энергию окружающей среды. Нагретая в активной зоне вода двигается по первичному контуру циркуляции за счет работы насосов и, проходя через теплообменник, либо парогенератор, отдает тепло во вторичный - внешний контур. Вода во вторичном контуре, получившая энергию в теплообменнике и доведенная до состояния пара (температура такого пара может достигать 540 градусов), крутит турбину. Турбина вращает ротор генератора, превращая внутреннюю энергию пара в электрическую энергию. Перенос тепла можно представить в виде простой схемы:

Ядерный реактор

Реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии, называется термоядерной реакцией. Управляемая термоядерная реакция - энергетически выгодная реакция. Однако она может идти лишь при очень высоких температурах (порядка несколько сотен млн. градусов). При большой плотности вещества такая температура может быть достигнута путем создания в плазме мощных электронных разрядов. При этом возникает проблема - трудно удержать плазму. Самоподдерживающиеся термоядерные реакции происходят в звездах. Термоядерная реакция

При изучении действия радиации на живой организм были определены следующие особенности: · Действие ионизирующих излучений на организм не ощутимо человеком. У людей отсутствует орган чувств, который воспринимал бы ионизирующие излучения. Существует так называемый период мнимого благополучия -- инкубационный период проявления действия ионизирующего излучения. Продолжительность его сокращается при облучении в больших дозах. · Действие от малых доз может суммироваться или накапливаться. · Излучение действует не только на данный живой организм, но и на его потомство -- это так называемый генетический эффект. · Различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению. При ежедневном воздействии дозы 0,002-0,005 Гр уже наступают изменения в крови. · Не каждый организм в целом одинаково воспринимает облучение. · Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.

Мирный атом двигает корабли, сваривает металлы, обследует и лечит людей, показывает точное время… Нет сомнении в том, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества. Она безусловно будет развиваться и впредь, безотказно поставляя столь необходимую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры по обеспечению надёжностей атомных электростанций и их безаварийной работы, а учёные и инженеры сумеют найти необходимые решения.

Физика. 9 класс.: учебник для общеобразовательных учреждений/ А.В. Перышкин, Е.М. Гутник – Москва: Дрофа, 2010 Иллюстрации поискового сайта class-fizika.narod.ru