Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200
Скачать 1.67 Mb.
|
| Методические указания В теме 9.1 изучается структура атомных ядер, состоящих из нуклонов (протонов и нейтронов), удерживаемых в ядре с помощью ядерных сил. Определяются основные характеристики ядра: массовое число, заряд, масса, радиус ядра, энергия связи и дефект масс ядра, рассматривается спектр энергетических состояний и переходы между ними, приводящие к гамма-излучению. Даётся общее представление о моделях ядер: оптической, оболочечной, коллективной, капельной. Изучаются явления естественной и искусственной радиоактивности, основные типы (-, - и -излучение) и закон радиоактивного распада. Вводится понятие периода полураспада. Качественно описывается эффект Мёссбауэра резонансного поглощения -излучения в кристалле. Рассматриваются основные типы и законы (сохранение заряда (числа протонов) и числа нуклонов) ядерных реакций. Необходимо уметь определять продукты ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа, рассчитывать энергетический выход ядерных реакций. В теме 9.2 рассматриваются деление и синтез ядер, цепная ядерная реакция и термоядерная реакция. Отмечается, что некоторые особенности деления и синтеза ядер можно объяснить капельной моделью ядра. Изучается возможность получения энергии в ядерных реакторах на основе деления ядер, являющаяся основой ядерной энергетики. Рассматриваются методы регистрации ионизирующих излучений и элементарных частиц с помощью камеры Вильсона, фотоэмульсии, пузырьковой камеры, счётчика Гейгера-Мюллера. Необходимо знать о биологическом воздействии радиации. Вводится понятие дозы облучения и изучаются основные принципы радиационной безопасности. В теме 9.3 изучаются основные типы элементарных частиц, возможность их наблюдения в космических лучах, в ядерных реакциях. Даются понятия об основных характеристиках элементарных частиц: времени жизни, массе, заряде, спине, изотопическом спине, странности и т.п. Даётся классификация элементарных частиц по времени жизни – нестабильные частицы в конечном итоге распадаются на стабильные (электрон, протон, фотон, нейтрино), причём все частицы могут вступать во взаимодействие друг с другом, результатом которого могут быть новые частицы, имеющие малое время жизни (резонансы). Частицы систематизируются также по спину (фермионы и бозоны), изоспину (нуклоны, адроны), массе (лептоны, мезоны и гипероны), участию в слабых (лептоны) или сильных (адроны) взаимодействиях. Существуют также античастицы (позитрон, антипротон, антинейтрино и др.), которые могут аннигилировать, приводя к выделению энергии в виде гамма-квантов (фотонов). Следует понимать, что некоторые частицы являются переносчиками взаимодействий, имеющих место как в макромире (гравитационное и электромагнитное), так и в микромире (электромагнитное, сильное, слабое), что проявляется в принципе близкодействия. Важную роль при этом играют законы сохранения в микромире (закон сохранения заряда, изоспина, чётности и др.), изучение которых привело к идее внутренней структуры большинства элементарных частиц. В настоящее время считается, что структурными составляющими элементарных частиц являются кварки, а переносчиками межкваркового взаимодействия – глюоны. Рассматривается также роль элементарных частиц в эволюции Вселенной. ^ Энергия связи ядра:  ,где с – скорость света в вакууме; m – дефект массы ядра; Z – заряд ядра (число протонов в ядре); mp – масса протона;  – число нейтронов в ядре;^ – массовое число (число нуклонов в ядре), или атомный номер элемента; mn – масса нейтрона; Mя – масса ядра. Во внесистемных единицах (МэВ) энергия связи ядра равна  ,где m – дефект массы ядра в а.е.м. (  ).Ядерные реакции записываются в виде:  где  – обозначает ядро элемента с атомным номером Ai и зарядом ядра Zi.Закон сохранения заряда в ядерных реакциях:  Закон сохранения числа нуклонов в ядерных реакциях:  Энергетический выход ядерной реакции:  где  – масса ядра элемента Xi. В силу закона сохранения заряда массы ядер в этой формуле можно заменить на массы атомов. Закон радиоактивного распада:  , или  где  – постоянная распада, или радиоактивная постоянная;^ – число нераспавшихся радиоактивных ядер в момент времени t; N0 – число радиоактивных ядер в момент времени  ; – ядерная постоянная времени радиоактивного ядра, т.е. интервал времени, за который число нераспавшихся ядер уменьшится в e раз;  – период полураспада.Число ядер, распавшихся за время t:  , или  ,если интервал времени t, за который определяется число распавшихся ядер, значительно меньше периода полураспада  .Активность радиоактивного изотопа:  , где dN – число радиоактивных ядер, распавшихся за время dt; A0 – активность изотопа в начальный момент времени. Удельная активность изотопа:  ,где m – масса изотопа. Единицы активности радиоактивного вещества: беккерель: в системе СИ  – 1 распад в секунду;кюри:  .Доза излучения (поглощённая доза излучения):  ,где ^ – энергия (поглощённого) излучения; m – масса облучаемого вещества; – плотность облучаемого вещества. V – объём облучаемого вещества. Единицы поглощённой дозы: грэй: в системе СИ  рад (rad – radiation absorbed dose):  .Мощность дозы излучения:  ,где D – доза излучения, поглощённого за время t. Экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучения:  где ^ – суммарный заряд ионов, образовавшихся в результате ионизации излучением сухого воздуха при температуре 18 °C; m – масса ионизированного воздуха. Единицы экспозиционной дозы: в системе СИ:  рентген: доза в  накапливается за  на расстоянии  от источника радия массой  , т.е активностью примерно  : .Мощность экспозиционной дозы излучения:  ,где J – изменение экспозиционной дозы излучения, произошедшее за время t. Эквивалентная доза облучения:  ,где ^ r – коэффициент качества (КК), или относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучения; D – поглощённая доза облучения. Для - и -излучения  , для -излучения  , для протонов и быстрых нейтронов QN от 3 до 10.Единицы эквивалентной дозы облучения: бэр (биологический эквивалент рада): [Dэ] = 1 бэр = Qr 1 рад; зиверт: в системе СИ  .Примеры решения задач Задача 1. Вычислить дефект массы т, энергию связи Есв. и среднюю энергию связи ядра  , приходящуюся на один нуклон ядра.Решение. Масса ядра всегда меньше суммы масс свободных (находящихся вне ядра) протонов и нейтронов, из которых ядро образовалось. Дефект массы m и есть разность между суммой масс свободных нуклонов (протонов и нейтронов) и массой ядра, т.е.  , где ^ – атомный номер (число протонов в ядре); A – массовое число (число нуклонов, составляющих ядро); mp, mn, Mя – соответственно, массы протона, нейтрона и ядра. Так как в справочных таблицах приводятся массы нейтральных атомов, а не ядер, то преобразуем эту формулу, чтобы выразить дефект массы m через массу атома Ma. Масса атома Ma очевидно равна сумме масс ядра Mя и массы Zme, вращающихся вокруг него электронов, откуда следует  . Подставляя в , получим  , где  – масса атома водорода (таблица В.16, приложение В).Из этой таблицы находим также массы нейтрона  и изотопа лития  ( )  Подставляя все массы в и учитывая, что  , получаем Соответственно, энергия связи равна  .Так как в ядре изотопа лития находится  нуклонов, то средняя энергия связи , приходящаяся на один нуклон ядра, равна Примечание – Термин «дефект массы» часто применяют в другом смысле: дефектом массы называют разность между массой нейтрального атома данного изотопа и его массовым числом A:  . Эта величина особого физического смысла не имеет, но её использование позволяет в ряде случаев значительно упростить вычисления. В настоящем пособии всюду имеется в виду дефект массы m, определяемый формулой .Ответ:  ;  ;  .Задача 2. При соударении -частицы с ядром бора  произошла ядерная реакция, в результате которой образовались два новых ядра. Одним из этих ядер стало ядро атома водорода  . Определить порядковый номер и массовое число второго ядра, дать символическую запись ядерной реакции и определить её энергетический выход.Решение. -частица представляет собой ядро атома гелия  , а протон – ядро атома водорода  . Обозначая неизвестное ядро через  , данную реакцию можно записать в виде: Из закона сохранения числа нуклонов  следует  , а из закона сохранения заряда  находим порядковый номер элемента  , который соответствует углероду. Следовательно, в результате данной реакции образовалось ядро изотопа углерода |
Похожие:
 | Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности | | Статистика. Учебная программа, методические указания и задания к контрольной работе |
| Воловик, О. В./ Экология Республики Коми [Текст]: метод указания по выполнению контрольных работ для студентов безотрывной формы... | | Производственные технологии : программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-25 01 07 – Экономика... |
| Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения... | | Статистика: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-26 02 02 «Менеджмент» и 1-26 02 03 «Маркетинг»... |
| Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета | | Методические указания и контрольные задания по дисциплине Стандартизация норм точности для студентов специальности: 1- 38. 02. 01... |
| Математика: программа и контрольные задания / В. Б. Грахов, М. Минькова, В. Б. Соловьянов. Екатеринбург: гоу впо угту-упи, 2005.... | | Статистика: методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ для студентов специальностей 1-25 01 08 «Бухгалтерский... |