Pourquoi les particules émises sont-elles radioactives ? Que lire dans Quantum sur l'atome et le noyau

Connaissez-vous l'atome et le noyau atomique ? // Quantique. - 1993. - N° 9. - P. 48-49.

Par accord particulier avec la rédaction et la rédaction de la revue "Kvant"

Ces particules initiales... sont incomparablement plus dures que
toutes sortes de choses solide, composé d'eux, est tellement plus difficile,
qu'ils ne s'usent jamais et ne se brisent pas en morceaux.
I.Newton

Rétrodiffusion...impossible à obtenir...sauf que
la majeure partie de la masse d'un atome est concentrée dans petit noyau. C'est alors que je
l'idée d'un atome avec un petit centre lourd portant une charge est née.
E. Rutherford

Il est probablement juste de croire que l’idée de la structure atomique de la matière est née du désir de longue date de l’homme d’ordonner d’une manière ou d’une autre le monde qui l’entoure. La recherche de la matière éternelle et immuable, les éléments dont tous les corps sont composés, a commencé dans l'Antiquité, s'est poursuivie pendant des siècles et ne s'arrête pas aujourd'hui. Il n’y a pas encore de réponse définitive, mais que de découvertes ont été faites en chemin ! Structure complexe un atome dont le noyau, à son tour, s'est avéré être composite, et composé de particules qui, à elles seules, en dehors du noyau, ne sont pas capables d'exister pendant longtemps. Radioactivité, interconvertibilité des particules, réactions en chaîne et thermonucléaires...

Quelques dernières décennies ont été marqués par un flot de découvertes qui ont radicalement changé la vision des scientifiques sur la structure de la matière et posé de nombreux problèmes nouveaux. Fondamentalement transformé expérience physique, dont la mise en œuvre nécessite souvent les efforts de centaines et de milliers de personnes. Il s'est avéré inhabituellement diversifié applications pratiques méthodes de physique atomique et nucléaire.

La petite mosaïque du « Kaléidoscope » d’aujourd’hui ne fait que dessiner les contours monde immense, caché dans les plus petites particules matière.

Questions et tâches

1. Combien de quanta d’énergies différentes un atome d’hydrogène peut-il émettre si son électron est au troisième niveau d’énergie ?
2. Comment dans couche électronique l'atome a-t-il tendance à minimiser l'énergie potentielle ?
3. Existe-t-il un lien entre la fréquence de révolution d'un électron autour du noyau d'un atome d'hydrogène et la fréquence de son rayonnement ?
4. En bombardant des atomes de bore \(_(5)^(11)B\) avec des protons rapides, dans une chambre à nuages, nous avons obtenu trois traces de particules presque identiques dirigées dans différents côtés. De quelles particules s'agit-il ?
5. Pourquoi tous les types de radioactivité ne s'accompagnent pas de changements propriétés chimiques des substances ?
6. Dans quels cas l'activité d'un médicament radioactif peut-elle être considérée comme constante ?
7. Qu'est-ce qui est plus long : trois demi-vies ou deux durées de vie moyennes des noyaux du même élément radioactif ?
8. Particules alpha émises substance radioactive, ne peut avoir valeurs discrètesénergie. Quelle conclusion peut-on en tirer ? valeurs possibles l'énergie du noyau atomique ?
9. Pourquoi les particules alpha sont-elles émises médicaments radioactifs, je ne peux pas appeler réactions nucléaires V éléments lourds?
10. Pourquoi pendant la désintégration alpha noyaux identiques les énergies des particules alpha sont les mêmes, et lors de la désintégration bêta de noyaux identiques, les énergies particules bêta différent?
11. La figure montre une photographie prise dans une chambre à nuages ​​au moment de la division d'un noyau d'azote par un neutron avec libération d'une particule alpha. A quoi appartiennent les traces fines et épaisses visibles sur la photographie ?
12. Si les nucléons sont capables de s’attirer les uns les autres, pourquoi tous les noyaux n’ont-ils pas encore fusionné en un seul noyau géant ?
13. Pourquoi les substances occupant des places au milieu et à la fin du tableau périodique ne sont-elles pas utilisées comme modérateurs de neutrons ?
14. La masse au repos d'un noyau atomique est toujours inférieure à la somme des masses au repos des nucléons à partir desquels il a été formé. Est-il possible sur cette base de supposer que la loi de conservation de la masse est violée lors de la formation d'un noyau ?

Microexpérience

Chauffez, par exemple sur un brûleur à gaz, un clou en fer jusqu'au « point blanc ». Serez-vous capable de réchauffer un morceau de verre de la même manière ?

C'est intéressant ça...

Thalès de Milet, ancêtre philosophie ancienne et la science, ont élevé toute la diversité des phénomènes et des choses à un seul élément : l'eau. Anaximène, représentant de la même école milésienne, considérait l'air comme l'origine de tout, de la condensation et de la raréfaction de laquelle toutes choses naissent. Un contemporain de Thalès, Héraclite d'Éphèse, préférait le feu, qui est aussi l'âme et l'esprit.

Le modèle planétaire de l'atome, nommé d'après les expériences de Rutherford, a été théoriquement développé en 1901. physicien français Perrin, célèbre étude expérimentale Mouvement brownien. L’article de Perrin s’intitulait : « Structure nucléaire-planétaire de l’atome ».

En 1815, le médecin d'Édimbourg, William Prout, émettait l'hypothèse que tout éléments chimiques sont constitués d’atomes d’hydrogène. Et en 1911, Rutherford n'a pas pu résister à l'hypothèse selon laquelle les noyaux atomiques sont constitués de particules alpha.

Rutherford croyait que l'ampleur de la charge nucléaire était proportionnelle au poids atomique de l'élément. L'idée correcte de la proportionnalité de la charge par rapport au nombre d'éléments dans tableau périodique proposée par le physicien amateur néerlandais Van der Broek. Rutherford était sceptique à ce sujet : « … une spéculation amusante qui n’est pas suffisamment étayée. »

Si Enrico Fermi avait pu expliquer pleinement les résultats de ses expériences sur radioactivité artificielle causée par les neutrons, alors le monde entier aurait déjà appris en 1934 la possibilité de créer une bombe atomique. À cette époque, Rutherford était encore en vie et niait catégoriquement l'utilisation de réactions nucléaires à des fins pratiques.

Les méthodes de physique nucléaire sont utilisées avec succès en médecine légale, permettant d'étudier des substances pesant moins de 10 à 10 grammes, par exemple, d'identifier des personnes grâce à de minuscules restes de cheveux.

Pour le chauffage interne du Lunokhod pendant ses nombreux mois de fonctionnement à la surface de la Lune, une unité thermique y a été installée, composée d'ampoules scellées contenant des substances radioactives.

La radioactivité naturelle des hommes et des femmes est différente - en raison de la teneur différente de l'isotope radioactif potassium-40 dans leur corps.

Que lire dans Quantum sur l'atome et le noyau

(publications des dernières années)

1. "Modèle de gouttelettes du noyau" - 1986, n° 5, p. 23 ;
2. "La physique atomique en problèmes" - 1986, n° 12, p. 43 ;
3. « Spectres nucléaires » - 1987, n° 3, p. 42 ;
4. « Noyaux super-allongés » - 1988, n° 11-12, p. 32 ;
5. "Les particules alpha et les expériences de Rutherford" - 1989, n° 3, p. 49 ;
6. "Les neutrons recherchent un tueur" - 1989, n° 5, p. 44 ;
7. « Au-delà de la table » - 1991, n° 1, p. 38 ;
8. « Éléments » manquants - 1991, n° 5, p. 43 ;
9. "La physique contre les escrocs" - 1991, n° 8, p. 7 ;
10. « Neutron et énergie nucléaire » - 1992, n° 8, p. 2.

Réponses

1. Lorsqu'un photon est émis par un atome excité énergie potentielle l'atome diminue.
2. Particules alpha : \(_(5)^(11)B + _(1)^(1)p = 3_(2)^(4)He\)
3. Les propriétés chimiques d'une substance sont déterminées par la charge du noyau. Mais avec le rayonnement gamma, par exemple, la charge du noyau ne change pas.
4. Lorsque le temps d’observation est court par rapport à la demi-vie du médicament.
5. Trois demi-vies.
6. L'énergie nucléaire ne peut prendre que des valeurs discrètes.
7. L’énergie des particules n’est pas suffisante pour vaincre la force répulsive du noyau d’un élément lourd.
8. Lors des désintégrations bêta, outre les électrons, des neutrinos sont également émis, emportant une partie de l'énergie, et cette énergie peut varier dans des limites très larges.
9. Particules avec grosse charge laisser une trace de plus grande épaisseur. Dans notre cas, la trace fine est formée par une particule alpha, et la trace épaisse est formée par le noyau du bore obtenu lors de la réaction.
10. Déjà les premiers éléments transuraniens agissent Forces coulombiennes la répulsion des protons conduit à l'instabilité des noyaux.
11. Lorsqu’un neutron entre en collision avec un atome, plus l’énergie transférée à ce dernier est importante, plus sa masse est faible.
12. Non, tu ne peux pas. La masse manquante est emportée par les quanta γ émis lors de la formation du noyau.

Microexpérience

Dans les métaux électrons de valence entrer facilement dans un état excité, absorbant énergie thermique, et reviennent tout aussi facilement à la normale, dégageant de l’énergie sous forme de lumière. Dans le verre, tous les électrons sont étroitement liés aux noyaux des atomes et à avec beaucoup de difficulté changer leur état énergétique. Pour obtenir une lueur visible dans le verre, une température beaucoup plus élevée est nécessaire.

Matériel préparé par A. Leonovich

L'appareil dans lequel le contrôlé réaction en chaîne la fission nucléaire s'appelle un réacteur nucléaire. L'uranium et le plutonium (produits artificiellement) sont utilisés comme substances fissiles (combustible nucléaire). élément radioactif Avec numéro de série ).

Les réacteurs nucléaires sont utilisés pour générer de l'énergie, pour produire des isotopes radioactifs artificiels (y compris des éléments transuraniens, c'est-à-dire des éléments avec ) B comme sources de puissants faisceaux de neutrons. Regardons ces applications.

1. Obtenir de l'énergie. Les fragments de fission sont décélérés dans l'uranium sur un trajet très court (inférieur à ). De ce fait, presque toute l’énergie libérée dans le réacteur est libérée sous forme de chaleur dans la masse d’uranium. Cette chaleur peut être utilisée, par exemple, pour chauffer et évaporer le liquide lavant l'uranium, puis, grâce à une turbine ou autre moteur thermique, la transformer en chaleur mécanique puis en chaleur. énergie électrique(Fig. 409). Première au monde centrale nucléaire, basé sur ce principe, a été mis en œuvre en Union soviétique en 1954. (Fig. 410). Un dessin du réacteur de cette centrale est présenté sur la Fig. 411. La partie principale Le réacteur est constitué d'éléments « combustibles » à base d'uranium placés dans un modérateur en graphite. Les éléments « combustibles » sont deux tubes en acier inoxydable à paroi mince insérés l'un dans l'autre. L'uranium est hermétiquement enfermé dans la cavité entre les tubes et la cavité interne forme un canal pour l'écoulement de l'eau, qui évacue la chaleur dégagée dans l'uranium pendant le fonctionnement du réacteur. L'uranium hermétiquement fermé est nécessaire en raison de son instabilité chimique, ainsi que pour empêcher les fuites de gaz radioactifs nocifs formés sous forme de produits de fission. Pour faciliter le développement d'une réaction en chaîne, les éléments « combustibles » sont constitués d'uranium enrichi artificiellement avec un isotope facilement fissile (l'uranium enrichi utilisé en contient ) contre 0,7% dans l'uranium naturel).

Riz. 409. Diagramme schématique centrale nucléaire. Les crayons d'uranium du réacteur sont lavés par un fluide caloporteur (gaz, métal creux ou fondu). qui absorbe la chaleur générée dans les tiges et la transfère à l'eau dans un échangeur de chaleur, formant ainsi de la vapeur. La vapeur, comme dans une centrale électrique conventionnelle, entraîne une turbine à vapeur et un générateur électrique qui y est connecté. Dans un autre mode de réalisation, également utilisé, la vapeur est générée directement dans le réacteur, et il n'y a pas d'échangeur thermique.

Riz. 410. Vue générale centrale nucléaire (1954) : 1 - réacteur. 2 - une grue pour remplacer les barres d'uranium « grillées », 3, 4 - une pompe avec un moteur électrique qui fait circuler l'eau dans le réacteur, 5 - un échangeur de chaleur, 6 - une salle de contrôle du réacteur (panneau de commande), 7 - un panneau avec des instruments signalant l'apparition d'une radioactivité inacceptable dans différentes zones de la station

Le fonctionnement d'un réacteur à uranium s'accompagne d'une intense radioactivité. Pour protéger les gens contre rayonnement radioactif et contre les neutrons, qui à fortes doses sont également nocifs pour la santé, le réacteur est entouré d'une protection à parois épaisses en béton et autres matériaux (Fig. 411, 412).

Riz. 411. Réacteur de la première centrale nucléaire soviétique : 1 - maçonnerie en graphite du réacteur, enfermée dans une coque hermétique en acier ; les lignes pointillées délimitent le cœur du réacteur dans lequel se trouve l'uranium ; le reste du graphite sert de réflecteur de neutrons ; 2 - plaque supérieure (fonte), 3 - l'un des 128 canaux de travail dans lesquels sont placées les tiges d'uranium et l'eau de refroidissement s'écoule (pression 100 atm) ; 4 - canal de déplacement de la barre de commande contenant un absorbeur de neutrons (bore) ; des barres de contrôle servent à réguler la puissance du réacteur et à arrêter la réaction ; 5 - chambre d'ionisation pour mesurer l'intensité de la réaction dans le réacteur, 6 - protection de l'eau qui retient les neutrons, 7,8 - entrée et sortie de l'eau du réacteur, 9 - capot de protection supérieur (fonte), 10 - protection du béton (principalement du rayonnement)

Riz. 412. Partie supérieure réacteur sans couvercle. Les moteurs de déplacement des barres de commande sont visibles. Vous trouverez ci-dessous des tubes pour fournir de l'eau aux canaux de travail

En tant que source d'énergie, un réacteur nucléaire se distingue par sa faible consommation de combustible. La division 1g en termes de génération de chaleur équivaut à brûler plusieurs tonnes charbon. Cela rend l'utilisation des réacteurs particulièrement prometteuse dans les endroits éloignés des gisements de charbon et de pétrole, ainsi que dans le transport - sur les navires, sous-marins, avions. Un certain nombre de grandes centrales nucléaires thermiques ont été construites en URSS, plusieurs brise-glaces ont été construits avec moteurs nucléaires, il y a des sous-marins nucléaires.

L'énergie nucléaire a grande importance pour l'avenir. On estime qu’au rythme actuel de croissance de la consommation énergétique mondiale, l’humanité pourrait être confrontée à une grave pénurie de charbon et de pétrole d’ici 50 ans. L'utilisation de l'uranium sauve la situation, puisque la réserve énergétique en les ressources de la terre l'uranium est 10 à 20 fois supérieur à la réserve énergétique des gisements de combustibles organiques fossiles. Le problème des sources d'énergie deviendra décision finale quand est-ce qu'un géré réaction thermonucléaire(voir §228).

2. Éléments transuraniens. Lorsque l'uranium est irradié par des neutrons, l'isotope se transforme en. Ce dernier est instable ; subissant une désintégration, il forme un isotope de l'élément 93 - neptunium (). À son tour, il subit une désintégration et, en peu de temps (demi-vie 2,35 jours), se transforme en isotope de l'élément 94 - plutonium (). Le plutonium 239 est également instable, mais se désintègre très lentement (demi-vie 24 000 ans). Il peut donc s’accumuler en grande quantité. Comme l'uranium 235, le plutonium 239 est un bon "combustible nucléaire" adapté à l'appareil réacteurs nucléaires, et aussi bombes atomiques. Pour produire du plutonium, on utilise des réacteurs à base d'uranium naturel avec modérateur. Dans ces réacteurs, une proportion importante de neutrons est absorbée dans l’uranium 238, formant finalement du plutonium. Le plutonium accumulé dans l'uranium peut être isolé par des méthodes chimiques. Un autre combustible nucléaire artificiel est un isotope de l'uranium avec une demi-vie de 162 000 ans, que l'on ne trouve pas dans l'uranium naturel et qui se forme, comme le plutonium, à la suite de l'irradiation neutronique du thorium. De cette manière, les substances difficiles à fissiles – et le thorium – peuvent être transformées en combustible nucléaire précieux. Cette possibilité est très significative, car il y a plusieurs fois plus de thorium sur Terre que . Le neptunium et le plutonium sont des représentants des éléments transuraniens situés dans le tableau périodique derrière l'uranium.

Suite au plutonium, un certain nombre d'éléments transuraniens ont été obtenus jusqu'à l'élément 107. Dans la nature éléments transuraniens non détectés : ils sont tous radioactifs et de courte durée de vie par rapport à l'âge géologique de la Terre.

3. Obtention de substances radioactives. Dans un réacteur en fonctionnement, des flux intenses de neutrons sont générés lors de la réaction de fission. En irradiant des substances avec des neutrons à l'intérieur d'un réacteur, divers isotopes artificiellement radioactifs sont obtenus (cf. réaction (222.1)). Une autre source de radioactivité dans le réacteur est constituée par les fragments de fission d'uranium, dont la plupart sont instables.

Les éléments artificiellement radioactifs trouvent de nombreuses applications en science et technologie. Les substances émettant des rayonnements β sont utilisées à la place du radium, plus coûteux, pour éclairer des objets métalliques épais, pour traiter le cancer, etc. La propriété de fortes doses de rayonnement β de tuer les cellules vivantes d'un micro-organisme est utilisée dans la conservation des aliments. Les rayonnements radioactifs commencent à être utilisés dans l’industrie chimique, car ils facilitent l’apparition de nombreuses réactions chimiques importantes. La méthode dite des atomes marqués est particulièrement intéressante. Cette méthode tire parti du fait que les produits chimiques et de nombreux propriétés physiques isotope radioactif impossible à distinguer des isotopes stables du même élément. Dans le même temps, un isotope radioactif peut être facilement identifié par son rayonnement (en utilisant, par exemple, un compteur à décharge gazeuse). En ajoutant un isotope radioactif à l'élément étudié et en capturant ensuite son rayonnement, on peut retracer le parcours de cet élément dans l'organisme, lors d'une réaction chimique, lors de la fusion des métaux, etc.

Signification énergie nucléaire. Quelques années se sont écoulées depuis la découverte d'une méthode d'utilisation de l'énergie nucléaire dans conditions terrestres. Cette découverte a déjà donné ses premiers fruits. Indubitablement développement ultérieur les méthodes d’obtention et d’utilisation de l’énergie nucléaire créeront de nouvelles opportunités sans précédent pour la science, la technologie et l’industrie. L’ampleur de ces opportunités est difficile à imaginer à ce stade. La libération de l'énergie nucléaire signifie une expansion colossale du pouvoir de l'homme sur la nature, à condition toutefois que l'énergie nucléaire soit utilisée à des fins pacifiques. Union soviétique, possédant des atomes et bombes à hydrogène, se bat pour l'usage énergie atomique uniquement à des fins pacifiques, pour l'interdiction des armes atomiques et armes à hydrogène et d'autres moyens destruction massive personnes.

Notons également que la création de réacteurs nucléaires est l'un des fruits les plus significatifs de la science de structure interne substances. Le rayonnement d'atomes et de noyaux atomiques invisibles et intangibles a conduit à des phénomènes complètement tangibles et visibles. résultat pratique- la libération et l'utilisation de l'énergie nucléaire cachée dans l'uranium. Ce succès prouve de manière très convaincante que notre idées scientifiques sur l'atome et le noyau atomique sont vraies, c'est-à-dire qu'elles reflètent fondamentalement correctement la réalité objective de la nature.

36. Sifflent symboliquement les réactions nucléaires suivantes : a) la collision de deux deutons entre eux, à la suite de laquelle deux particules se forment, dont la plus légère est un proton ; b) la même particule, mais plus légère - un neutron (symbole, masse égale à un, charge égale à zéro) ; c) la collision d'un proton avec un noyau isotopique du lithium de masse 7 avec formation de deux particules ; d) la collision d'un deuton avec un noyau d'aluminium entraînant la formation d'un nouveau noyau et d'un proton.

37. Pourquoi les particules émises par les médicaments radioactifs ne peuvent-elles pas provoquer de réactions nucléaires dans les éléments lourds, alors qu'elles les provoquent dans les poumons ?

38. L'azote a été irradié pendant 1 heure avec un faisceau de particules accéléré dans un cyclotron. Trouvez la quantité formée si le courant dans le faisceau est égal et si la réaction nucléaire (218.1) est provoquée par une particule sur 100 000 particules dans le faisceau.

39. Notez les réactions nucléaires suivantes : a) division d'un deuton par un quantum en un proton et un neutron ; b) capture d'un neutron par un proton avec émission d'un quantum ; c) division d'un noyau par un -quantum avec formation de deux -particules : d) capture d'un neutron par le noyau d'un isotope de l'azote de masse 14 avec émission d'un proton ; e) collision d'un noyau de béryllium avec un deuton avec émission d'un neutron.

40. Chignon neutrons rapides traverse une plaque de fer d'épaisseur . Trouver la fraction de neutrons qui entrent en collision avec un noyau de fer si le rayon de ce dernier est . Note. La valeur requise est égale à la fraction de la surface de la plaque recouverte de noyaux.

41. Postuler à impact élastique Les lois de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement, calculent la fraction d'énergie qu'un neutron perd lors d'une collision frontale avec un noyau au repos de masse A amu. Calculez la perte d'énergie maximale d'un neutron lors d'une collision avec un proton, un noyau de carbone et un noyau de plomb.

42. Lors d'une collision avec un proton, un neutron perd l'une ou l'autre part de son énergie selon la nature de la collision (frontale, latérale). En moyenne, à la suite d'une collision avec un proton au repos, l'énergie d'un neutron est réduite de moitié. Trouver énergie moyenne neutron après collision avec des protons.

43. Trouvez le nombre moyen de collisions avec des protons nécessaires pour réduire l'énergie des neutrons de à (voir exercice 42).

44. Trois plaques d'argent identiques ont été irradiées avec des neutrons dans les mêmes conditions, mais la durée d'irradiation était différente : , , . Des mesures d'activité avec une demi-vie de 2,3 minutes ont montré que l'activité de la deuxième plaque est plusieurs fois supérieure à l'activité de la première et que l'activité de la troisième plaque est égale à l'activité de la seconde. Expliquez ce résultat.

45. Dans une chambre à nuages, cloisonnée par une plaque solide, une trace d'une particule traversant la plaque a été remarquée (Fig. 413). Dans quelle direction la particule se déplace-t-elle ? Quel est le signe de sa charge si les lignes du champ magnétique sont dirigées vers nous.

Riz. 413. Pour l'exercice 45. La trace d'une particule chargée dans une chambre à brouillard. La particule a traversé la plaque P. La caméra était placée dans un champ magnétique dont les lignes étaient dirigées vers nous.

46. Pourquoi les substances radioactives produites en bombardant des noyaux stables avec des particules subissent-elles une désintégration électronique si réaction initiale les protons sont libérés et les positrons se désintègrent si des neutrons sont libérés lors de la réaction initiale ?

47. Déterminer l'énergie minimale des -quanta requise pour la division des noyaux de béryllium et de carbone par réactions

Pour les masses de particules participant aux réactions, voir le tableau p. 560.

48. Le noyau, émettant une particule chargée d'énergie, se transforme en noyau. Déterminez la masse d'un atome si la masse de l'atome est de 238,1249 uma. La masse de l'atome est donnée p. 560.

49. La meilleure précision avec laquelle la masse d’un atome ou d’une molécule peut être mesurée est d’un millionième d’amu. (0,000001 amu). Dans ces conditions, est-il possible d'utiliser la loi d'Einstein pour calculer la libération d'énergie à réactions chimiques sur la base des valeurs mesurées des masses des particules participant à la réaction (l'énergie libérée lors des réactions chimiques ne dépasse pas ) ?

50. Quelles particules - positrons ou électrons - émettront des fragments de fission si l'une d'elles l'est ? (Le baryum naturel est constitué d'isotopes de masses de 130 à 138 uma, le krypton naturel est constitué d'isotopes de masses de 78 à 86 uma)

51. Trouvez la puissance du réacteur dans lequel 1 g est divisé par jour. Sélection complète l'énergie lors de la fission d'un noyau est prise égale à .

52. Énergie cinétique les fragments de fission sont ; énergie des neutrons de fission - ; énergie - rayonnement - .

Quelle proportion environ de l’énergie libérée dans un réacteur constitué d’un modérateur et de fines barres d’uranium est libérée dans l’uranium et quelle proportion dans le modérateur ?

53. Dans quel cas la masse critique d'uranium dans un réacteur est-elle plus petite : lorsque le réacteur est bordé d'air ou lorsqu'il est entouré d'une substance dense qui absorbe faiblement les neutrons ?

54. Parmi les neutrons secondaires émis lors de la fission de l'uranium dans un réacteur, une partie meurt sans provoquer de nouvelles fissions (vole hors du réacteur ou est capturée par les noyaux des matériaux du réacteur), l'autre partie provoque de nouvelles fissions des noyaux d'uranium. Le nombre de nouvelles fissions produites par les neutrons secondaires émis lors de la fission d'un noyau d'uranium est appelé facteur de multiplication du réacteur (). Le facteur de multiplication montre combien de fois le nombre de fissions augmente au cours de la durée de vie d'une génération de neutrons. au mar.

57. L'essence est pompée à travers le pipeline, suivie du pétrole. Proposer un moyen de déterminer le moment où l'interface essence-pétrole traverse une section donnée du pipeline. Ne prélevez pas d’échantillon du pipeline

Dans une tâche individuelle, six tâches sont exécutées, dont les numéros sont déterminés en fonction de la séquence de lettres du nom de famille de l'étudiant selon le tableau 4.1.

Tableau 4.1 - Options de tâches

La première tâche est sélectionnée en fonction de la première lettre du nom de famille, la seconde - en fonction de la deuxième lettre, etc. Par exemple, le nom de famille de l'élève Chimkovski. Dans ce cas, la tâche n° 4 est sélectionnée en premier, la n° 19 est la deuxième, la n° 23 est la troisième, la n° 31 est la quatrième, la n° 45 est la cinquième, la n° 53 est la sixième.

Si le nom de famille de l'élève est composé de moins de six lettres, alors le numéro manquant est complété en le réutilisant.

Lors de l'exécution mission individuelle les conditions suivantes doivent être remplies :

Les numéros des tâches à réaliser doivent correspondre aux conditions de leur sélection et doivent être indiqués sur la première feuille ;

La réalisation des missions implique l'utilisation de la littérature recommandée, mais il est également possible d'utiliser d'autres littératures spécialisées à votre disposition ;

Les pages du devoir individuel doivent être numérotées et des explications appropriées doivent être données tout au long des calculs et des réponses.

Complétez les réactions nucléaires :

2. Quel noyau est formé à la suite : de la désintégration alpha d'un isotope de l'uranium ; désintégration bêta électronique de l'isotope de l'hydrogène

3. Quel noyau est formé à la suite de : la désintégration alpha d'un isotope de l'azote ; Désintégration bêta du positron d'un isotope du cuivre ?

5. Écrivez les réactions de désintégration alpha de l'uranium et la désintégration bêta du plomb

6. Complétez les réactions nucléaires :

7. Lorsqu'un isotope du cuivre est irradié avec des protons, la réaction peut se dérouler de plusieurs manières : avec la libération d'un neutron ; avec libération de deux neutrons ; avec libération d'un proton et d'un neutron. Les noyaux de quels éléments sont formés dans chaque cas ? Notez les réactions de décomposition.

8. Manganèse radioactif obtenu de deux manières. La première méthode consiste à irradier l'isotope du fer avec des deutons, la seconde consiste à irradier l'isotope du fer. neutrons. Écrivez des réactions nucléaires.

9. Lorsque le fer est bombardé de neutrons, un isotope bêta-radioactif du manganèse se forme avec masse atomique 56. Écrivez la réaction permettant de produire du manganèse artificiellement radioactif et la réaction de désintégration bêta ultérieure qui se produit avec celui-ci.

10. Lorsqu'il est bombardé avec un isotope du bore formé de particules alpha

isotope de l'azote Quelle particule est libérée ? Isotope de l'azote

est radioactif, produisant une désintégration des positons avec le rayonnement des neutrinos. Écrivez des réactions.

11. Combien d'atomes de polonium se désintègrent sur 10 6 atomes par jour si sa demi-vie est de 138 jours ?

12. Demi-vie de l'isotope du strontium est de 51 jours. Combien de noyaux isotopiques se désintégreront en 102 jours si le nombre initial de noyaux radioactifs est de 10 9 ?

13. Combien noyaux radioactifs masse isotopique m=10 -4 kg resteront dans l'échantillon après 7 jours ?

14. L’eau atténue mieux le rayonnement neutronique (4 fois mieux que le béton et 3 fois mieux que le plomb). L'épaisseur de la demi-couche d'atténuation du rayonnement neutronique pour l'eau est de 3 cm. Combien de fois une couche d'eau de 30 cm d'épaisseur atténuera-t-elle le rayonnement neutronique ?

15. Le rayonnement gamma est mieux absorbé par le plomb (en 1,5 fois mieux qu'une armure en acier et 22 fois mieux que l'eau). L'épaisseur de la demi-couche d'atténuation du rayonnement gamma pour le plomb est 2 cm. Quelle est l'épaisseur d'une couche de plomb nécessaire pour atténuer le rayonnement gamma de 128 fois ?

16. Poids du médicament égal à 65 mg. Déterminez son activité.

17. Quelle partie de l'iode initialement déposée à la suite de l'accident de Tchernobyl s'est désintégrée au cours des deux premiers mois qui ont suivi l'accident ?

18. Calculez l'épaisseur de la couche d'eau à laquelle l'intensité des rayons gamma diminuera de 4 fois. Prendre le coefficient d'atténuation linéaire pour l'eau égal à 0,047 cm -1.

19. Sur chaque million d'atomes d'un certain isotope radioactif, 200 atomes se désintègrent chaque seconde. Déterminez la demi-vie de l’isotope.

20. L'activité d'un élément radioactif a diminué de 4 fois en 8 jours. Trouvez la demi-vie de l'élément.

21. Pour détecter les fuites dans les pipelines enfouis profondément dans le sol, des substances radioactives sont ajoutées au liquide transporté. Comment utiliser un compteur Geiger pour déterminer l'emplacement d'une fuite ?

22. Pourquoi les neutrons sont-ils des projectiles plus efficaces pour bombarder les noyaux que les particules chargées émises par les éléments radioactifs ?

23. Y a-t-il une limite à la puissance des explosions nucléaires et thermonucléaires ? Expliquez votre réponse.

24. Quelle est la différence entre les processus de fission des noyaux d'uranium dans un réacteur et dans une bombe atomique ?

25. Qu'est-ce qui explique que le compteur Geiger enregistre l'apparition de particules ionisées même lorsqu'il n'y a pas de médicament radioactif à proximité ?

26.Pourquoi les médicaments radioactifs sont-ils stockés dans des conteneurs en plomb à parois épaisses ?

27.Où se trouve le trajet le plus long d'une particule alpha : à la surface de la Terre ou dans les couches supérieures de l'atmosphère ?

28.Quelle fraction de noyaux radioactifs se désintègre en un temps égal à la moitié de la demi-vie ?

29. Le nombre local, la masse et le numéro atomique d'un élément changent-ils lorsqu'un quantum gamma est émis par le noyau ?

30. Pourquoi les particules alpha émises par les médicaments radioactifs sont-elles incapables de provoquer des réactions nucléaires dans les éléments lourds, alors qu'elles les provoquent dans les poumons ?

31. Sur un spectromètre avec une erreur de détermination moyenne de 20 %, lors de la détermination de l'activité volumétrique du lait avec un volume d'échantillon de 500 ml, 500 impulsions ont été enregistrées pour 100 s de mesure. Déterminer l'activité volumétrique du lait et sa conformité Normes RDU-99.

32. La dose équivalente de rayonnement gamma externe reçue par une personne vivant dans une certaine localité est de 0,1 rem/an. Déterminer le débit de dose d'exposition provoqué par le rayonnement gamma des radionucléides présents dans le sol. Le temps relatif de séjour d’une personne dans un espace ouvert est estimé à 0,3.

33. En utilisant les valeurs du débit de dose d'exposition provoquée par le rayonnement gamma des radionucléides présents dans le sol, 60 μR/h, et le temps relatif de séjour d'une personne dans une zone ouverte de 0,25, déterminer la dose équivalente de rayonnement externe irradiation d'une personne par an.

34. Le débit de dose équivalent sur le lieu de travail du personnel est de 5x10 -9 Sv/s. Au cours de l'année, les travaux sont effectués 1600 heures. Une protection particulière est-elle requise pour le personnel ?

35. Selon les normes de radioprotection (NRB-2000), la dose de rayonnement maximale autorisée pour le personnel est de 50 mSv/an. Au cours de l'année, une personne travaille 1 700 heures. Calculer le débit de dose équivalent maximum admissible (en Sv/s) sur le lieu de travail.

36 Lors d’un examen radiologique du thorax, les doses moyennes équivalentes de rayonnement aux organes et tissus du patient sont présentées dans le tableau donné au problème 49. Déterminer la dose équivalente efficace reçue par le patient lors de ce type d’examen.

37 Le corps humain a reçu 3x10 -13 kg d'isotope à la fois, dont un dixième est passé dans la glande thyroïde. La masse de la glande thyroïde est de 25 g, l'énergie absorbée par désintégration est de 0,25 MeV/désintégration, la demi-vie est de 5,25 jours. Déterminez la dose équivalente de rayonnement reçue par la glande thyroïde au cours des 8 prochains jours.

38 Le corps humain a reçu 3x10 -15 kg d'isotope à la fois
dont un dixième passait dans la glande thyroïde. La masse de la glande thyroïde est de 20 g, l'énergie absorbée par désintégration est de 0,25 MeV/désintégration, la demi-vie est de 29 ans. Déterminez la dose équivalente de rayonnement reçue par la glande thyroïde au cours des 15 prochains jours.

39 Le débit de dose équivalent sur le lieu de travail est de 10 à 10 Sv/s. Une personne travaille 6 heures par jour. Est-il nécessaire de créer une protection particulière ?

40 La dose moyenne de rayonnement absorbée par un employé travaillant avec un appareil à rayons X est de 7 µGy/h. Est-il dangereux pour un salarié de travailler 200 jours par an, 6 heures par jour, si la dose de rayonnement maximale admissible est de 50 mGy/an ?

41 Le débit de dose du rayonnement gamma provenant des isotopes radioactifs dans la zone accidentée d'une centrale nucléaire est de 20 rad/h. Combien d'heures une personne peut-elle travailler dans cette zone si la dose de rayonnement admissible en situation d'urgence est de 25 rad ?

42 L'activité de la préparation de césium est de 15 Cu. Déterminez sa masse.

43 Quelle partie de la quantité initiale de strontium tombée à la suite de la catastrophe de Tchernobyl s'est désintégrée au cours de la dernière période (25 ans), si sa demi-vie est de 29,1 ans ?

44 Calculer l'épaisseur de la couche de demi-atténuation du rayonnement gamma pour l'eau, si coefficient linéaire l'atténuation est de 0,047 cm -1 .

45 Lors de la détermination du radionucléide qui a contaminé la zone environnante, un compteur d'impulsions personnel conventionnel a été utilisé. Initialement, sa lecture moyenne était de 390 impulsions/min, et après 10 jours, de 201 impulsions/min. Calculez la demi-vie du radionucléide et déterminez-la.

46 Sur un radiomètre gamma avec une efficacité d'enregistrement de 20 %, lors de la mesure de l'activité volumétrique du lait d'un volume de 357 ml, 650 impulsions ont été enregistrées en 100 s. Quelle est l'activité volumétrique du lait ? Est-il propre à la consommation ?

47 Le débit de dose d'exposition provoqué par le rayonnement gamma des radionucléides présents dans le sol dans une certaine zone peuplée est de 60 µR/h. Trouver la dose équivalente de rayonnement gamma externe reçue par un résident de ce règlement au cours de l'année pendant son séjour hors du foyer, en prenant temps relatif présence humaine dans les zones ouvertes égale à 0,2.

48 Le corps humain a reçu une dose unique de 5x10 -13 kg de radionucléide iode-131. Déterminez la dose équivalente à la glande thyroïde humaine sur 10 jours. La masse de la glande thyroïde est supposée être de 25 g, l'énergie absorbée par désintégration est de 0,19 MeV/désintégration, la demi-vie est de 8,04 jours. Supposons que 0,35 de la quantité totale d'iode 131 entrant dans l'organisme passe dans la thyroïde. glande.

49 Le tableau ci-dessous montre les doses moyennes équivalentes de rayonnement aux organes et tissus du patient lors d’un examen radiologique. poitrine. Déterminer la dose équivalente efficace reçue par le patient lors de l'examen.

50 Est-il nécessaire de créer une protection spéciale si, sur le lieu de travail du personnel, le débit de dose équivalent provenant d'une source de rayonnements ionisants est Sv/s ? La dose de rayonnement est répartie uniformément tout au long de l'année. Au cours de l'année, les travaux sont effectués 2800 heures.

51 Radionucléides naturels d'origine terrestre. Exposition humaine au potassium-40 et au radon.

52 Sources artificielles de rayonnements ionisants. Fond de rayonnement.

53 Radiosensibilité des organes et systèmes humains, leur réponse aux rayonnements.

54 Rayonnement interne et externe, méthodes de protection contre celui-ci. La capacité de la flore et de la faune à résister aux radiations.

55 Caractéristiques de la migration verticale et horizontale des radionucléides.

56 façons de réduire la teneur en substances radioactives dans les aliments d'origine animale

57 Méthodes de réduction de la teneur en substances radioactives dans les produits alimentaires d'origine végétale.

58 Décontamination du territoire, des objets, du matériel, de la nourriture.

59 Élimination naturelle et accélérée des radionucléides de l'organisme. Demi-vie biologique.

60 Mesures sanitaires et hygiéniques lors de la vie et de la conduite de la production agricole familiale dans des conditions de contamination radioactive du territoire.