Шпаргалка по "Ядерной физике"

 

Радиоактивность - самопроизвольное превращение одних ядер в другие, сопровождаемое испусканием различных частиц. Сопровождается выделением энергии. Явление, доказывающее сложный состав атомного ядра. Явление самопроизвольного излучения.

Соли уранасамопроизвольно, безкаких-либо внешних влияний, создают какое-то излучение.

Активность тория определяемая как число А-частиц, испускаемых в единицу времени, остается неизменной в закрытой ампуле.

Альфа-лучи - лучи, испускаемые радиоактивными веществами, несут на себе положительный заряд электричества. У альфа-частицы ядро атома гелия) на один элементарный заряд приходится масса, равная двум атомным единицам массы.  Заряд А-частицы равен двум элементарным. На каждый из 2 элементарных зарядов приходится 2 атомные единицы массы. На два элементарных заряда приходится 4 атомные единицы массы. При радиоактивном А-распаде образуется гелий.

Бета-лучи-поток электронов, несут в себе отрицательный заряд. Они обладают значительно меньшей ионизирующей способностью, чем а-лучи, но зато имеют более высокую проникающую способность. Электроны движущиеся со скоростью, очень близкой к скорости света. Скорости б-частиц испущенных данным радиоактивным элементом, неодинаковы, это приводит к расширению пучка В-частиц в магнитном поле.

Гамма-лучи- электромагнитные волны, испускаемые ядрами природных и искусственных радиоактивных элементов. Г.-л. не сопровождаются изменением заряда излучающего ядра, атомного номера и массового числа, как это наблюдается при a и b -распадах. Интенсивность поглощения гамма-лучей (коротковолновое электромагнитное излучение) увеличивается с увеличением атомного номера вещества-поглотителя.

Правила смещения:

• При А-распаде ядро теряет положительный заряд 2е и масса его убывает приблизительно на четыре атомные единицы массы. В результате элемент смещается на две клетки к началу
• При В-распаде из ядра вылетает электрон. В результате его масса очень мала по сравнению с атомной единицей массы. После В-распада элемент смещается на одну клетку ближе к концу периодической системы и, кроме электронов, испускается антинейтрино,
• Гамма излучение не сопровождается изменением заряда, масса же ядра меняется ничтожно мало.

При радиоактивном распаде  происходит превращение атомных  ядер.

Период полураспада —  Т- это то время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Основная величина определяющая скорость радиоактивного распада. Чем меньше период полураспада тем меньше живут атомы, тем быстрее происходит распад.

Основной закон радиоактивного распада –

Радиоактивные атомы «не стареют», можно определить среднее время жизни t. Закон радиоактивного распада определяет среднее число атомов, это статистический закон

Изотопы – разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа. Все химические элементы имеют изотопы.Изотопы представляют собой ядра с одним и тем же значением но с различными массовыми числами А, т. е. с различными числами нейтронов N.

Дейтерий – изотоп с относительной атомной массой 2. При соединении дейтерия с кислородом образуется тяжелая вода.

Тритий – изотоп водорода с атомной массой 3. Он Бета-радиоактивен.

Нейтрон — элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нестабильная частица:свободный нейтрон за время 15 мин распадается на протон, электрон и нейтрино — частицу, лишенную массы покоя.

Протонно-нейтронная модель ядра. Согласно протонно-нейтронной модели ядра состоят из элементарных частиц двух видов — протонов и нейтронов. Так как в целом атом электрически нейтрален, а заряд протона равен модулю заряда электрона, то число протонов в ядре равно числу электронов в атомной оболочке. Следовательно, число протонов в ядре равно атомному номеру элемента Z в периодической системе элементов Д. И. Менделеева.

Сумму числа протонов Z и числа  нейтронов N в ядре называют массовым числом и обозначают буквой А: А = Z + N.

Между ядерными частицами — протонами  и нейтронами (их называют нуклонами) — действуют особые силы, называемые ядерными силами.Взаимодействия ядерных частиц часто называют сильными взаимодействиями.Другая важная особенность ядерных сил — их коротко-действие. Электромагнитные силы сравнительно медленно ослабевают с увеличением расстояния.

Под энергией связи ядра понимают ту энергию, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. Энергия связи ядра равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных частиц.

Масса покоя ядра М_я всегда меньше суммы масс входящих в его состав протонов и нейтронов: М_я< Zm_p + Nm_n

Существует, как говорят, дефект масс: разность массположительна.М = Zm_p + Nm_n - М_я

Энергия связи: Есв = ∆Мс² = (Zm_p + Nm_n - М_я)

Удельной энергией связи называют энергию связи, приходящуюся на один нуклон ядра. Ее определяют экспериментально

Ядерными реакциями называют изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.

Способы осуществления и ускорения  ядерных реакций:

• Во-первых, с помощью ускорителей частицам может быть сообщена энергия порядка 105 МэВ, т. е. гораздо большая той, которую имеют а-частицы (максимально 9 МэВ).
• Во-вторых, можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются (это целесообразно потому, что заряд протонов вдвое меньше заряда -частиц, и поэтому действующая на них сила отталкивания со стороны ядер тоже в 2 раза меньше).
• В-третьих, можно ускорить ядра более тяжелые, чем ядра гелия. 

 

В соответствии с законом сохранения энергии изменение кинетической энергии в процессе ядерной реакции равно изменению энергии покоя участвующих в реакции ядер и частиц.

Энергетическим выходом  ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции. Энергетический выход ядерной реакции равен также изменению кинетической энергии частиц, участвующих в реакции.

 

Деление ядра возможно потому, что масса покоя тяжелого ядра больше суммы масс покоя осколков, возникающих при делении. Поэтому происходит выделение энергии, эквивалентной уменьшению массы покоя, сопровождающему деление.Фундаментальный факт ядерного деления — испускание в процессе деления двух-трех нейтронов. Именно благодаря этому оказалось возможным практическое использование внутриядерной энергии.

 

 

Ядерной цепной реакцией называется реакция, в которой частицы, вызывающие ее (нейтроны), образуются как продукты этой реакции.

 

Среднее число освобожденных нейтронов  в данной массе урана не уменьшалось  с течением времени, коэффициент  размножения нейтронов k больше или  равен единице.

Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения».

Подсменой «поколений» понимают деление ядер, при котором поглощаются нейтроны старого «поколения» и рождаются новые нейтроны.

 

Еслитk ≥ 1 о число нейтронов увеличивается с течением времени или остается постоянным, и цепная реакция идет. При k < 1 число нейтронов убывает и цепная реакция невозможна.

 

Коэффициент размножения определяется четырьмя фактами:

1) захватом медленных нейтронов  ядрами  с последующим делением и захватом быстрых нейтронов ядрами и также с последующим делением;

2)    захватом нейтронов ядрами урана без деления;

3)    захватом нейтронов  продуктами деления, замедлителем (о нем сказано дальше) и конструктивными элементами установки;

4)    вылетом нейтронов из  делящегося вещества наружу. Лишь  первый  процесс сопровождается увеличением числа нейтронов. Все остальные приводят к их убыли. Цепная реакция в чистом изотопе невозможна, так как в этом случае k < 1 (число нейтронов, поглощаемых ядрами без деления, больше числа нейтронов, вновь образующихся за счет деления ядер).

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.

 

Важное значение имеет не вызывающий деления захват нейтронов ядрами изотопа урана . После захвата образуется радиоактивный изотоп  с периодом полураспада 23 мин. Распад происходит с испусканием электрона и антинейтрино (см. с. 298) и возникновением первого трансуранового элемента — нептуния -радиоактивен с периодом полураспада около двух дней.

В процессе распада нептуния образуется следующий трансурановый элемент  — плутоний:

Плутоний относительно стабилен.