Alfa parçacıkları neden radyoaktif ilaçlar tarafından yayılmıyor? Bir seçeneği seçme ve bireysel bir görevi tamamlama prosedürü

35 . Alfa parçacıkları neden yayılır? radyoaktif ilaçlar, arayamıyorum nükleer reaksiyonlar V ağır elementler, akciğerlerde onlara neden olmalarına rağmen.

36 . 1 g ağırlığında bir U-235 parçası alırsanız, kenarı 3,7 mm olan bir küp olacak, o zaman böyle bir parça asla patlamayacaktır. Neden?

37 . Neden parafin, su ve ağır su berilyum, grafit?

38 . Bir döteronu yakalayan berilyum-9 çekirdeği, bir bor-10 atomunun çekirdeğine dönüşür. Reaksiyon denklemini yazın ve hangi parçacığın dışarı çıktığını belirleyin.

39 . Lityum Li 3 7'nin proton bombardımanına tutulduğu ve buna nötronların yok edilmesinin eşlik ettiği nükleer reaksiyonu yazın.

40 . Aşağıdaki reaksiyonda eksik sembolleri yazın: 41 K + … ---> 44 Ca + 1 H.

41 . 2 H + 3 H ---> 4 He + 1 n termonükleer reaksiyonu sırasında hangi enerji açığa çıkar?

42 . Kütle numarası 239 ve yük numarası 92 olan radyoaktif uranyum çekirdeği, bir elektron yaydıktan sonra bir Elementin çekirdeğine dönüşür. Bu elemanın seri numarası nedir? periyodik tablo Mendeleev'in unsurları?

43 . Al - 27 izotopu ve C - 12 karbonunun reaksiyonunda bir alfa parçacığı, bir nötron ve belirli bir izotopun çekirdeği oluşur. Ortaya çıkan çekirdekteki nötron sayısını belirleyin.

44 . Lityum, Li−6 nötronlarıyla bombardıman edildiğinde, bir helyum-4 çekirdeği ve bazı elementlerin izotopları oluşur. Bu izotopun çekirdeğindeki nötron sayısını belirleyin.

45 . Al-27 alüminyum atomunun çekirdeği nötronlar tarafından bombalandığında, bir alfa parçacığı yayılır ve belirli bir izotopun çekirdeği oluşur. Yeni oluşan izotopun çekirdeğindeki nötron sayısını belirleyin.

46 . Berilyum izotopu Be - 9'un çekirdeği, bir döteronu (kütle numarası 2 olan bir hidrojen izotopu) emerek, bir elementin çekirdeğine dönüşür. Bu durumda bir nötron yayınlanır. Ortaya çıkan elementin periyodik tablodaki atom numarası nedir?

47 . Bir alüminyum atomunun çekirdeği bir alfa parçacığını yakaladığında bir nötron üretilir ve radyoaktif izotop bazı elementler. Bozunduğunda bir pozitron yayılır. Bu bozunma sırasında oluşan elementin atom numarası nedir? Alüminyum seri numarası 13.

48 . Bir nötron yakalandıktan sonra, uranyum izotopu U−238'in çekirdeği radyoaktif bir uranyum izotopuna dönüşür ve bu, birbirini izleyen iki beta bozunmasından sonra plütonyuma dönüşür. Plütonyum atomunun çekirdeği kaç nötron içerir?

49 . Bazı X elementinin çekirdeği bir alfa parçacığını yakalar. Bu durumda bir nötron yayılır ve Y elementinin çekirdeği oluşur. Bu çekirdek de bir pozitron emisyonuyla bozunarak Z elementinin çekirdeğini oluşturur. daha fazla nötron Z elementinin çekirdeğinde, X'in orijinal çekirdeğinden daha fazladır.

50 . Oksijen izotop atomu O - 15'in çekirdeği β-bozunmasına uğrar 15 O ---> 15 N + e + + ν. O − 15 atomunun kütlesi 15,003072 amu'dur, ortaya çıkan pozitronun kinetik enerjisi W = 8 × 10 −14 J'dir. Ortaya çıkan çekirdeğin kinetik enerjisi ihmal edilebilir düzeydeyse, nötrino enerjisi

Bireysel bir görevde, sayıları Tablo 4.1'e göre öğrencinin soyadındaki harf sırasına göre belirlenen altı görev gerçekleştirilir.

Tablo 4.1 - Görev seçenekleri

İlk görev soyadının ilk harfine göre, ikincisi ikinci harfe göre vb. seçilir. Örneğin öğrencinin soyadı Chimkovsky. Bu durumda 4 numaralı görev birinci, 19 numaralı görev ikinci, 23 numaralı görev üçüncü, 31 numaralı görev dördüncü, 45 numaralı görev beşinci, 53 numaralı görev altıncı olarak seçilir.

Öğrencinin soyadı altı harften az ise eksik sayı tekrar kullanılarak tamamlanır.

Çalıştırırken bireysel görev aşağıdaki koşullar yerine getirilmelidir:

Gerçekleştirilecek görevlerin sayısı, seçim koşullarına uygun olmalı ve ilk sayfada belirtilmelidir;

Ödevleri tamamlamak, önerilen literatürün kullanımını gerektirir, ancak aynı zamanda emrinizde olan diğer özel literatürü kullanmak da mümkündür;

Bireysel ödevin sayfaları numaralandırılmalı, hesaplamalar ve cevapların yanında uygun açıklamalar yapılmalıdır.

Nükleer reaksiyonları tamamlayın:

2. Hangi çekirdek aşağıdakilerin bir sonucu olarak oluşur: bir uranyum izotopunun alfa bozunması; Hidrojen izotopunun elektron beta bozunması

3. Hangi çekirdek aşağıdakilerin bir sonucu olarak oluşur: bir nitrojen izotopunun alfa bozunması; Bir bakır izotopunun pozitron beta bozunması?

5. Uranyumun alfa bozunumu reaksiyonlarını yazın ve beta bozunmasına yol açar

6. Nükleer reaksiyonları tamamlayın:

7. Bir bakır izotop protonlarla ışınlandığında reaksiyon birkaç şekilde ilerleyebilir: bir nötronun salınmasıyla; iki nötronun salınmasıyla; bir proton ve bir nötronun salınmasıyla. Her durumda hangi elementlerin çekirdekleri oluşur? Ayrışma reaksiyonlarını yazınız.

8. Radyoaktif manganez iki şekilde elde edilir. Birincisi demir izotopunu döteronlarla ışınlamak, ikincisi demir izotopunu ışınlamaktır. nötronlar. Nükleer reaksiyonları yazın.

9. Demir nötronlarla bombardıman edildiğinde, manganezin beta-radyoaktif izotopu oluşur. atom kütlesi 56. Yapay olarak radyoaktif manganez üretme reaksiyonunu ve bununla birlikte meydana gelen sonraki beta bozunmasının reaksiyonunu yazın.

10. Bor izotopuyla bombardıman edildiğinde alfa parçacıklarının oluşturduğu

nitrojen izotop Hangi parçacık serbest bırakılır? Azot izotopu

radyoaktiftir ve nötrino radyasyonu ile pozitron bozunması üretir. Tepkileri yazın.

11. Yarı ömrü 138 gün olan polonyumun günde 106 atomundan kaç tanesi bozunur?

12. Stronsiyum izotopunun yarı ömrü 51 gündür. Başlangıçtaki radyoaktif çekirdek sayısı 10 9 ise 102 günde kaç izotop çekirdeği bozunacaktır?

13. Ne kadar radyoaktif çekirdekler izotop kütlesi M=7 gün sonra numunede 10 -4 kg kalacak mı?

14. Su, nötron radyasyonunu en iyi şekilde zayıflatır (betondan 4 kat, kurşundan 3 kat daha iyi). Su için nötron radyasyonunun yarı zayıflatma tabakasının kalınlığı 3 cm'dir. 30 cm kalınlığındaki su tabakası nötron radyasyonunu kaç kez zayıflatır?

15. Gama radyasyonu en iyi kurşun tarafından emilir ( 1,5 çelik zırhtan kat daha iyi, sudan 22 kat daha iyi). Kurşun için gama radyasyonunun yarı zayıflatma katmanının kalınlığı 2 Gama radyasyonunu 128 kat azaltmak için ne kadar kalın bir kurşun tabakasına ihtiyaç vardır?

16. İlacın ağırlığı 65 mg'a eşittir. Etkinliğini belirleyin.

17. Çernobil kazası sonucu başlangıçta biriken iyotun hangi kısmı kazadan sonraki ilk iki ayda bozuldu?

18. Gama ışınlarının şiddetinin 4 kat azalacağı su tabakasının kalınlığını hesaplayınız. Su için doğrusal zayıflama katsayısını 0,047 cm -1'e eşit alın.

19. Belirli bir radyoaktif izotopun her milyon atomundan her saniyede 200 atomu bozunur. İzotopun yarı ömrünü belirleyin.

20. Radyoaktif bir elementin aktivitesi 8 günde 4 kat azaldı. Elementin yarı ömrünü bulun.

21. Yerin derinliklerine gömülü boru hatlarındaki sızıntıları tespit etmek için taşınan sıvıya radyoaktif maddeler eklenir. Bir sızıntının yerini belirlemek için Geiger sayacı nasıl kullanılır?

22. Nötronlar neden çekirdekleri bombalamada radyoaktif elementlerin yaydığı yüklü parçacıklardan daha etkili mermilerdir?

23. Nükleer ve termonükleer patlamaların gücünün bir sınırı var mı? Cevabınızı açıklayın.

24. Bir reaktördeki uranyum çekirdeklerinin fisyon süreçleri ile atom bombası arasındaki fark nedir?

25. Yakınlarda radyoaktif ilaç olmasa bile Geiger sayacının iyonize parçacıkların oluşumunu kaydetmesini ne açıklıyor?

26.Radyoaktif ilaçlar neden kalın duvarlı kurşun kaplarda saklanıyor?

27.Alfa parçacığının daha uzun yolu nerededir: Dünyanın yüzeyinde mi yoksa atmosferin üst katmanlarında mı?

28. Yarılanma ömrünün yarısına eşit bir sürede radyoaktif çekirdeklerin ne kadarı bozunur?

29. Çekirdekten gama kuantumu yayınlandığında elementin yerel numarası, kütlesi ve atom numarası değişir mi?

30. Radyoaktif ilaçların yaydığı alfa parçacıkları, akciğerlerde ağır elementlere neden olmalarına rağmen neden nükleer reaksiyonlara neden olamıyor?

31. Ortalama belirleme hatası %20 olan bir spektrometrede, 500 ml numune hacmine sahip sütün hacimsel aktivitesini belirlerken, 100 saniyelik ölçüm başına 500 darbe kaydedildi. Sütün hacimsel aktivitesini ve uyumluluğunu belirleyin RDU-99 standartları.

32. Belirli bir bölgede yaşayan bir kişinin aldığı dış gama radyasyonunun eşdeğer dozu 0,1 rem/yıldır. Topraktaki radyonüklidlerden gelen gama radyasyonunun neden olduğu maruz kalma doz oranını belirleyin. Bir kişinin açık alanda göreceli kalış süresi 0,3 olarak alınmıştır.

33. Topraktaki radyonüklitlerden gama radyasyonunun neden olduğu maruz kalma dozu oranı değerlerini (60 μR/h) ve bir kişinin açık alanda 0,25'lik göreceli kalış süresini kullanarak, eşdeğer harici dozu belirleyin. Bir kişinin yılda bir kez ışınlanması.

34. Personel işyerindeki eşdeğer doz hızı 5x10 -9 Sv/s'dir. Yıl içerisinde 1600 saat çalışma yapılmaktadır. Personel için özel koruma gerekli mi?

35. Radyasyon güvenliği standartlarına (NRB-2000) göre personel için izin verilen maksimum radyasyon dozu 50 mSv/yıl'dır. Yıl boyunca bir kişi 1700 saat çalışmaktadır. İşyerinde izin verilen maksimum eşdeğer doz oranını (Sv/s cinsinden) hesaplayın.

36 Göğüs röntgeni muayenesi sırasında hastanın organlarına ve dokularına verilen ortalama eşdeğer radyasyon dozları problem 49'da verilen tabloda sunulmaktadır. Bu tür muayene sırasında hastanın aldığı etkili eşdeğer dozu belirleyin.

37 İnsan vücudu bir defada 3x10-13 kg izotop aldı ve bunun onda biri tiroid bezine geçti. Tiroid bezinin kütlesi 25 g, çürüme başına emilen enerji 0,25 MeV/parçalanma, yarılanma ömrü 5,25 gündür. Önümüzdeki 8 gün içinde tiroid bezine verilecek eşdeğer radyasyon dozunu belirleyin.

38 İnsan vücuduna tek seferde 3x10 -15 kg izotop verildi
bunun onda biri tiroid bezine geçti. Tiroid bezinin kütlesi 20 g, bozunma başına emilen enerji 0,25 MeV/parçalanma, yarılanma ömrü 29 yıldır. Önümüzdeki 15 gün içinde tiroid bezine verilecek eşdeğer radyasyon dozunu belirleyin.

39 İşyerindeki eşdeğer doz hızı 10 -10 Sv/s'dir. Bir kişi günde 6 saat çalışmaktadır. Özel koruma oluşturmak gerekli mi?

40 X-ışını ünitesinde çalışan bir çalışanın absorbe ettiği ortalama radyasyon dozu 7 µGy/saattir. İzin verilen maksimum radyasyon dozu 50 mGy/yıl ise, bir çalışanın yılda 200 gün, günde 6 saat çalışması tehlikeli midir?

41 Bir nükleer santralde kaza bölgesindeki radyoaktif izotoplardan kaynaklanan gama radyasyonunun doz oranı 20 rad/saattir. Acil bir durumda izin verilen radyasyon dozu 25 rad ise bir kişi bu bölgede kaç saat çalışabilir?

42 Sezyum preparatının aktivitesi 15 Cu'dur. Kütlesini belirleyin.

43 Çernobil felaketi sonucu düşen başlangıçtaki stronsiyum miktarının ne kadarı, yarılanma ömrü 29,1 yıl ise, geçen süre içinde (25 yıl) bozunmuştur?

44 Aşağıdaki durumlarda su için gama radyasyonunun yarı zayıflatma katmanının kalınlığını hesaplayın: doğrusal katsayı zayıflama 0,047 cm-1'dir.

45 Çevreyi kirleten radyonüklit belirlenirken geleneksel kişisel nabız sayacı kullanıldı. Başlangıçta ortalama okuma 390 atım/dakikaydı ve 10 gün sonra - 201 atım/dak. Radyonüklidin yarı ömrünü hesaplayın ve belirleyin.

46 Kayıt verimliliği %20 olan bir gama radyometresinde, 357 ml hacimli sütün hacimsel aktivitesi ölçülürken 100 saniye içinde 650 darbe kaydedildi. Sütün hacimsel aktivitesi nedir? Tüketime uygun mu?

47 Belirli bir yerleşim bölgesinde topraktaki radyonüklidlerden kaynaklanan gama radyasyonunun neden olduğu maruz kalma dozu oranı 60 µR/saattir. Bu bölgede yaşayan birinin aldığı harici gama radyasyonunun eşdeğer dozunu bulun yerleşim yıl boyunca ev dışında kaldığı süre boyunca, bağıl zaman açık alanlarda insan varlığı 0,2'ye eşittir.

48 İnsan vücuduna tek seferlik 5x10 -13 kg radyonüklid iyot-131 dozu verildi. 10 gün boyunca insan tiroid bezine eşdeğer dozu belirleyin. Tiroid bezinin kütlesinin 25 g, bozunma başına emilen enerjinin 0,19 MeV/parçalanma, yarılanma ömrünün 8,04 gün olduğunu varsayalım. Vücuda giren toplam iyot-131 miktarının 0,35'inin tiroide geçtiğini varsayalım. bezi.

49 Aşağıdaki tablo, röntgen muayenesi sırasında hastanın organ ve dokularına uygulanan ortalama eşdeğer radyasyon dozlarını göstermektedir. göğüs. Muayene sırasında hastanın aldığı etkili eşdeğer dozu belirleyin.

50 Personelin işyerinde iyonlaştırıcı radyasyon kaynağından eşdeğer doz oranı varsa özel koruma oluşturmak gerekli midir? Sv/ler? Radyasyon dozu yıl boyunca eşit olarak dağıtılır. Yıl içerisinde 2800 saat çalışma yapılmaktadır.

51 Karasal kökenli doğal radyonüklidler. İnsanın potasyum-40 ve radona maruz kalması.

52 İyonlaştırıcı radyasyonun yapay kaynakları. Radyasyon arka planı.

53 İnsan organ ve sistemlerinin radyosensitiviteleri, radyasyona tepkileri.

54 İç ve dış radyasyon, ondan korunma yöntemleri. Flora ve faunanın radyasyona direnme yeteneği.

55 Radyonüklitlerin dikey ve yatay göçünün özellikleri.

Hayvansal gıdalardaki radyoaktif madde içeriğini azaltmanın 56 yolu

57 Bitkisel kökenli gıda ürünlerindeki radyoaktif madde içeriğini azaltmaya yönelik yöntemler.

58 Bölgenin, nesnelerin, ekipmanın ve yiyeceklerin dekontaminasyonu.

59 Radyonüklidlerin vücuttan doğal ve hızlandırılmış şekilde uzaklaştırılması. Biyolojik yarılanma ömrü.

60 Bölgenin radyoaktif kirlenmesi koşullarında yaşarken ve çiftlikte tarımsal üretim gerçekleştirirken sıhhi ve hijyenik önlemler.

Atom ve atom çekirdeği hakkında bilginiz var mı? // Kuantum. - 1993. - No. 9. - S. 48-49.

"Kvant" dergisinin yayın kurulu ve editörleri ile yapılan özel anlaşma ile

Bu başlangıç ​​parçacıkları... kıyaslanamaz derecede daha serttir.
her türlü şey sağlam bunlardan oluşan, çok daha zordur,
asla yıpranmazlar veya parçalanmazlar.
I. Newton

Geri saçılım... elde edilmesi imkansız... bunun dışında
Bir atomun kütlesinin büyük bir kısmı yoğunlaşmıştır küçük çekirdek. O zaman ben
yük taşıyan küçük bir ağır merkeze sahip bir atom fikri ortaya çıktı.
E.Rutherford

Maddenin atomik yapısı fikrinin, insanın uzun süredir devam eden, etrafındaki dünyayı bir şekilde düzene sokma arzusundan kaynaklandığına inanmak muhtemelen doğru olur. Tüm bedenleri oluşturan unsurlar olan sonsuz ve değişmeyen maddenin arayışı çok eski çağlarda başlamış, yüzyıllar boyunca devam etmiş ve günümüzde de durmuyor. Hala kesin bir cevap yok, ancak yol boyunca ne gibi keşifler keşfedildi! Karmaşık yapıçekirdeğinin kompozit olduğu ve çekirdeğin dışında tek başına uzun süre var olamayan parçacıklardan olduğu ortaya çıkan bir atom. Radyoaktivite, parçacıkların birbirine dönüşebilirliği, zincirleme ve termonükleer reaksiyonlar...

Bazı son on yıllar Bilim adamlarının maddenin yapısı hakkındaki görüşlerini kökten değiştiren ve birçok yeni sorunu gündeme getiren bir dizi keşif damgasını vurdu. Temelden dönüştürüldü fiziksel deney Uygulanması genellikle yüzlerce ve binlerce insanın çabasını gerektirir. Alışılmadık derecede çeşitli olduğu ortaya çıktı pratik uygulamalar Atom ve nükleer fizik yöntemleri.

Bugünkü “Kaleydoskop”un küçük mozaiği yalnızca dış hatların ana hatlarını çiziyor kocaman dünya, içinde gizli en küçük parçacıklar konu.

Sorular ve görevler

1. Bir hidrojen atomu, elektronu üçüncü enerji seviyesindeyse, kaç tane farklı enerji kuantumu yayabilir?
2. Nasıl elektron kabuğu Atom potansiyel enerjiyi en aza indirme eğiliminde midir?
3. Bir elektronun hidrojen atomunun çekirdeği etrafında dönme frekansı ile radyasyonunun frekansı arasında bir bağlantı var mı?
4. Bor atomlarını \(_(5)^(11)B\) hızlı protonlarla bombardıman ederek, bir bulut odasında, yönlendirilmiş neredeyse aynı üç parçacık izi elde ettik. farklı taraflar. Bunlar hangi parçacıklar?
5. Neden tüm radyoaktivite türlerine değişiklikler eşlik etmiyor? kimyasal özellikler maddeler?
6. Hangi durumlarda radyoaktif bir ilacın aktivitesi sabit kabul edilebilir?
7. Hangisi daha uzun; aynı radyoaktif elementin çekirdeğinin üç yarı ömrü mü, yoksa iki ortalama ömrü mü?
8. Yayılan alfa parçacıkları radyoaktif madde, yalnızca sahip olabilir ayrık değerler enerji. Bundan ne gibi bir sonuç çıkarılabilir? olası değerler atom çekirdeğinin enerjisi?
9. Radyoaktif ilaçların yaydığı alfa parçacıkları neden ağır elementlerde nükleer reaksiyonlara neden olamıyor?
10. Neden alfa bozunması sırasında özdeş çekirdekler alfa parçacıklarının enerjileri aynıdır ve aynı çekirdeklerin beta bozunması sırasında enerjiler beta parçacıkları farklı?
11. Şekil, bir nitrojen çekirdeğinin bir nötron tarafından bölünmesi ve bir alfa parçacığının salınması anında bir bulut odasında çekilmiş bir fotoğrafı göstermektedir. Fotoğrafta görülen ince ve kalın izler neye aittir?
12. Eğer nükleonlar birbirini çekebiliyorsa neden tüm çekirdekler henüz dev bir çekirdek halinde birleşmedi?
13. Periyodik tablonun ortasında ve sonunda yer alan maddeler neden nötron moderatörleri olarak kullanılmıyor?
14. Bir atom çekirdeğinin geri kalan kütlesi her zaman onu oluşturan nükleonların geri kalan kütlelerinin toplamından daha azdır. Buna dayanarak çekirdeğin oluşumu sırasında kütlenin korunumu yasasının ihlal edildiğini varsaymak mümkün müdür?

Mikro deneyim

Örneğin bir gaz ocağında demir çiviyi “beyaz noktaya” kadar ısıtın. Bir cam parçasını da aynı şekilde ısıtabilecek misiniz?

İlginçtir ki...

Miletoslu Thales, atası antik felsefe ve bilim, fenomenlerin ve nesnelerin tüm çeşitliliğini tek bir elemente, suya yükseltti. Aynı Miletos okulunun bir temsilcisi olan Anaximenes, havanın, her şeyin yoğunlaşması ve seyrekleşmesiyle ortaya çıkan her şeyin kaynağı olduğunu düşünüyordu. Thales'in çağdaşı Efesli Herakleitos, aynı zamanda ruh ve akıl olan ateşi tercih ediyordu.

Adını Rutherford'un deneylerinden alan atomun gezegen modeli teorik olarak 1901'de geliştirildi. Fransız fizikçi Perrin, ünlü deneysel çalışma Brown hareketi. Perrin'in makalesinin başlığı şuydu: "Atomun nükleer-gezegensel yapısı."

1815 yılında Edinburglu doktor William Prout, her şeyin kimyasal elementler hidrojen atomlarından oluşur. Ve 1911'de Rutherford, atom çekirdeğinin alfa parçacıklarından oluştuğu varsayımına karşı koyamadı.

Rutherford, nükleer yükün büyüklüğünün, elementin atom ağırlığıyla orantılı olduğuna inanıyordu. Yükün element sayısıyla orantılılığı hakkında doğru fikir periyodik tablo Hollandalı amatör fizikçi Van der Broek tarafından ortaya atıldı. Rutherford bu konuda şüpheciydi: "...yeterli gerekçesi olmayan eğlenceli bir spekülasyon."

Enrico Fermi deneylerinin sonuçlarını tam olarak açıklayabilseydi yapay radyoaktivite nötronların neden olduğu bir olay olsaydı, tüm dünya 1934'te atom bombası yaratma olasılığını öğrenmiş olurdu. O zamanlar, nükleer reaksiyonların pratik amaçlar için kullanılmasını kategorik olarak reddeden Rutherford hâlâ hayattaydı.

Nükleer fizik yöntemleri adli tıpta başarılı bir şekilde kullanılmakta ve 10-10 gramdan daha hafif olan maddelerin incelenmesini, örneğin insanları saçlarının küçük kalıntılarından tanımlamayı mümkün kılmaktadır.

Lunokhod'un Ay yüzeyinde aylarca çalışması sırasında dahili olarak ısıtılması için üzerine radyoaktif maddeler içeren kapalı ampullerden oluşan bir termal ünite kuruldu.

Erkeklerin ve kadınların doğal radyoaktivitesi, vücutlarındaki radyoaktif izotop potasyum-40'ın farklı içeriği nedeniyle farklıdır.

Kuantumda atom ve çekirdek hakkında ne okunmalı?

(son yılların yayınları)

1. “Çekirdeğin damlacık modeli” - 1986, No. 5, s. 23;
2. “Problemlerde atom fiziği” - 1986, Sayı 12, s. 43;
3. “Nükleer Spektrum” - 1987, No. 3, s. 42;
4. “Süper uzun çekirdekler” - 1988, No. 11-12, s. 32;
5. “Alfa parçacıkları ve Rutherford deneyleri” - 1989, No. 3, s. 49;
6. “Nötronlar bir katil arıyor” - 1989, Sayı. 5, s. 44;
7. “Masanın Ötesinde” - 1991, Sayı 1, s. 38;
8. “Eksik “unsurlar” - 1991, Sayı. 5, s. 43;
9. “Dolandırıcılara karşı fizik” - 1991, Sayı. 8, s. 7;
10. “Nötron ve nükleer enerji” - 1992, Sayı. 8, s. 2.

Cevaplar

1. Uyarılmış bir atom tarafından bir foton yayınlandığında potansiyel enerji atom azalır.
2. Alfa parçacıkları: \(_(5)^(11)B + _(1)^(1)p = 3_(2)^(4)He\)
3. Bir maddenin kimyasal özellikleri çekirdeğin yüküyle belirlenir. Ancak örneğin gama radyasyonunda çekirdeğin yükü değişmez.
4. Gözlem süresinin ilacın yarı ömrüne göre kısa olması.
5. Üç yarı ömür.
6. Nükleer enerji yalnızca ayrık değerler alabilir.
7. Parçacığın enerjisi, ağır bir elementin çekirdeğinin itme kuvvetinin üstesinden gelmeye yeterli değildir.
8. Beta bozunumları sırasında elektronların yanı sıra nötrinolar da yayılır ve enerjinin bir kısmını alıp götürür ve bu enerji çok geniş sınırlar içinde değişebilir.
9. Parçacıklar büyük ücret daha kalın bir iz bırakın. Bizim durumumuzda ince iz bir alfa parçacığından, kalın iz ise reaksiyonda elde edilen borun çekirdeğinden oluşur.
10. Zaten ilk transuranyum elementleri harekete geçti Coulomb kuvvetleri Protonların itilmesi çekirdeklerin kararsızlığına yol açar.
11. Bir nötron bir atomla çarpıştığında, atoma ne kadar fazla enerji aktarılırsa kütlesi o kadar küçük olur.
12. Hayır, yapamazsın. Eksik kütle, çekirdeğin oluşumu sırasında yayılan γ-kuanta tarafından taşınır.

Mikro deneyim

Metallerde değerlik elektronları kolayca heyecanlı bir duruma girer, emer termal enerji ve aynı kolaylıkla normale dönerek ışık biçiminde enerji yayar. Camda tüm elektronlar atom çekirdeğine sıkı sıkıya bağlıdır ve büyük zorluklarla onları değiştir enerji durumu. Camda gözle görülür bir parlaklık elde etmek için çok daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyaç vardır.

A. Leonovich tarafından hazırlanan materyal

Kontrol edilen cihaz zincirleme reaksiyon nükleer fisyona nükleer reaktör denir. Uranyum ve plütonyum (yapay olarak üretilir) bölünebilir maddeler (nükleer yakıt) olarak kullanılır. radyoaktif elementİle seri numarası ).

Nükleer reaktörler enerji üretmek, güçlü nötron ışınlarının kaynağı olarak B'ye sahip yapay radyoaktif izotoplar (uranyum ötesi elementler, yani elementler dahil) üretmek için kullanılır. Şimdi bu uygulamalara bakalım.

1. Enerji elde etmek. Fisyon parçaları uranyumda çok kısa bir yol boyunca (daha az) yavaşlar. Bu nedenle reaktörde açığa çıkan enerjinin neredeyse tamamı uranyum kütlesinde ısı olarak açığa çıkar. Bu ısı, örneğin uranyumu yıkayan sıvıyı ısıtmak ve buharlaştırmak için kullanılabilir ve daha sonra bir türbin veya başka bir ısı motoru aracılığıyla onu mekanik ve daha sonra da enerjiye dönüştürmek için kullanılabilir. elektrik enerjisi(Şekil 409). Dünyada ilk nükleer santral Bu prensibe dayanarak 1954 yılında Sovyetler Birliği'nde uygulamaya konuldu. (Şekil 410). Bu enerji santralinin reaktörünün bir çizimi Şekil 1'de gösterilmektedir. 411. Ana bölüm Reaktör, bir grafit moderatöre yerleştirilmiş uranyumlu “yakıt” elemanlarından oluşur. "Yakıt" elemanları birbirine yerleştirilmiş iki ince duvarlı paslanmaz çelik borudur. Uranyum, tüpler arasındaki boşluğa hava geçirmez şekilde kapatılır ve iç boşluk, reaktörün çalışması sırasında uranyumda açığa çıkan ısıyı uzaklaştıran suyun akışı için bir kanal oluşturur. Hermetik olarak kapatılmış uranyum, kimyasal kararsızlığı nedeniyle ve ayrıca fisyon ürünleri olarak oluşan zararlı radyoaktif gazların sızıntısını önlemek için gereklidir. Bir zincirleme reaksiyonun gelişimini kolaylaştırmak için, "yakıt" elemanları, doğal uranyumdaki %0,7'ye karşılık kolayca bölünebilen bir izotopla (kullanılan zenginleştirilmiş uranyum içerir) yapay olarak zenginleştirilmiş uranyumdan yapılır.

Pirinç. 409. Şematik diyagram nükleer santral. Reaktörün uranyum çubukları bir soğutucu (gaz, içi boş veya erimiş metal) ile yıkanır. çubuklarda üretilen ısıyı alıp bir ısı eşanjöründe suya aktararak buhar oluşturur. Buhar, geleneksel bir enerji santralinde olduğu gibi, bir buhar türbinini ve ona bağlı bir elektrik jeneratörünü çalıştırır. Yine kullanılan başka bir düzenlemede buhar doğrudan reaktörde üretilir ve ısı değiştirici yoktur.

Pirinç. 410. Genel görünüm nükleer santral (1954): 1 - reaktör. 2 - “yanmış” uranyum çubuklarını değiştirmek için bir vinç, 3, 4 - suyu reaktörde dolaştıran elektrik motorlu bir pompa, 5 - bir ısı eşanjörü, 6 - bir reaktör kontrol odası (kontrol paneli), 7 - istasyonun çeşitli alanlarında kabul edilemez radyoaktivitenin meydana geldiğini gösteren aletlerin bulunduğu bir panel

Bir uranyum reaktörünün çalışmasına yoğun radyoaktivite eşlik eder. İnsanları korumak için radyoaktif radyasyon ve büyük dozlarda sağlığa da zararlı olan nötronlardan dolayı reaktör, beton ve diğer malzemelerden yapılmış kalın duvarlı korumayla çevrilidir (Şekil 411, 412).

Pirinç. 411. İlk Sovyet nükleer santralinin reaktörü: 1 - reaktörün hermetik çelik bir kabuk içine alınmış grafit duvar yapısı; kesikli çizgiler, uranyumun bulunduğu reaktör çekirdeğini özetlemektedir; Grafitin geri kalanı nötron reflektörü görevi görür; 2 - üst plaka (dökme demir), 3 - uranyum çubuklarının yerleştirildiği ve soğutma suyunun aktığı 128 çalışma kanalından biri (basınç 100 atm); 4 - bir nötron emici (bor) içeren kontrol çubuğunu hareket ettirmek için kanal; kontrol çubukları reaktörün gücünü düzenlemeye ve reaksiyonu durdurmaya yarar; 5 - reaktördeki reaksiyonun yoğunluğunu ölçmek için iyonizasyon odası, 6 - nötronları tutan su koruması, 7,8 - suyun reaktörden temini ve çıkarılması, 9 - üst koruyucu kapak (dökme demir), 10 - beton koruması (çoğunlukla radyasyondan)

Pirinç. 412. Üst kısım kapaksız reaktör. Kontrol çubuklarını hareket ettiren motorlar görülebilir. Aşağıda çalışma kanallarına su sağlamak için kullanılan tüpler bulunmaktadır.

Bir enerji kaynağı olarak nükleer reaktör, düşük yakıt tüketimiyle dikkat çekicidir. Isı üretimi açısından 1g bölümü birkaç ton yakmaya eşdeğerdir kömür. Bu, reaktörlerin kullanımını özellikle kömür ve petrol yataklarından uzak yerlerde ve ayrıca gemilerde taşımada umut verici hale getiriyor. denizaltılar, uçaklar. SSCB'de bir dizi büyük nükleer termik santral inşa edildi, birkaç buz kırıcı inşa edildi. nükleer motorlar Nükleer denizaltılar var.

Nükleer enerji var büyük önem gelecek için. Küresel enerji tüketimindeki mevcut büyüme hızıyla, insanlığın 50 yıl içinde ciddi bir kömür ve petrol kıtlığıyla karşı karşıya kalabileceği tahmin ediliyor. Uranyum kullanımı durumu kurtarır çünkü enerji rezervi dünyanın kaynakları uranyum, fosil organik yakıt yataklarındaki enerji rezervinden 10-20 kat daha fazladır. Enerji kaynakları sorunu çözülecek nihai karar ne zaman yönetilecek termonükleer reaksiyon(bkz. §228).

2. Transuranik unsurlar. Uranyum nötronlarla ışınlandığında izotop dönüşür. İkincisi kararsızdır; -bozunmayı deneyimleyerek, 93 numaralı elementin - neptunyum () izotopunu oluşturur. Buna karşılık, -bozunmaya uğrar ve kısa sürede (yarılanma ömrü 2,35 gün) 94 numaralı elementin izotopu olan plütonyuma () dönüşür. Plütonyum-239 da kararsızdır ancak çok yavaş bozunur (yarı ömrü 24.000 yıl). Bu nedenle büyük miktarlarda birikebilir. Uranyum-235 gibi plütonyum-239 da cihaza uygun iyi bir "nükleer yakıttır" nükleer reaktörler ve ayrıca atom bombaları. Plütonyum üretmek için doğal uranyumdan yapılmış, moderatörlü reaktörler kullanılıyor. Bu reaktörlerde nötronların önemli bir kısmı uranyum-238 tarafından emiliyor ve sonuçta plütonyum oluşuyor. Uranyumda biriken plütonyum kimyasal yöntemlerle izole edilebilmektedir. Diğer bir yapay nükleer yakıt, yarı ömrü 162.000 yıl olan, doğal uranyumda bulunmayan ve plütonyuma benzer şekilde toryumun nötron ışınlaması sonucu oluşan bir uranyum izotopudur. Bu şekilde, bölünmesi zor maddeler ve toryum, değerli nükleer yakıta dönüştürülebilecek. Bu olasılık çok önemlidir, çünkü Dünya'da toryumun toryum miktarından kat kat fazlası vardır. Neptunyum ve plütonyum, periyodik tabloda uranyumun arkasında yer alan transuranik elementlerin temsilcileridir.

Plütonyumun ardından 107. elemente kadar çok sayıda transuranyum elementi elde edildi. Doğada uranyum ötesi elementler tespit edilmedi: hepsi radyoaktiftir ve Dünya'nın jeolojik yaşıyla karşılaştırıldığında kısa ömürlüdür.

3. Radyoaktif maddelerin elde edilmesi. Çalışan bir reaktörde, fisyon reaksiyonu sırasında üretilen yoğun nötron akışları vardır. Bir reaktör içindeki maddelerin nötronlarla ışınlanmasıyla çeşitli yapay radyoaktif izotoplar elde edilir (bkz. reaksiyon (222.1)). Reaktördeki diğer bir radyoaktivite kaynağı da çoğu kararsız olan uranyum fisyon parçalarıdır.

Yapay radyoaktif elementler bilim ve teknolojide birçok uygulama alanı bulmaktadır. Kalın metal nesneleri aydınlatmak, kanseri tedavi etmek vb. için daha pahalı olan radyum yerine β-radyasyonu yayan maddeler kullanılır. Yüksek dozlarda β-radyasyonunun bir mikroorganizmanın canlı hücrelerini öldürme özelliği gıdaların korunmasında kullanılır. Radyoaktif radyasyon, birçok önemli kimyasal reaksiyonun meydana gelmesini kolaylaştırdığı için kimya endüstrisinde kullanılmaya başlamaktadır. Etiketli atom yöntemi olarak adlandırılan yöntem özellikle ilginçtir. Bu yöntem, kimyasal ve birçok fiziksel özellikler radyoaktif bir izotop, aynı elementin kararlı izotoplarından ayırt edilemez. Aynı zamanda, radyoaktif bir izotop, radyasyonuyla (örneğin bir gaz deşarj sayacı kullanılarak) kolayca tanımlanabilir. İncelenen elemente radyoaktif bir izotop ekleyerek ve ardından radyasyonunu yakalayarak, bu elementin vücutta, kimyasal bir reaksiyonda, metal eritme vb. sırasındaki yolunu takip edebiliriz.

Anlam nükleer enerji. Nükleer enerjiyi kullanma yönteminin keşfinden bu yana birkaç yıl geçti. karasal koşullar. Bu keşif şimdiden ilk meyvelerini verdi. şüphesiz daha fazla gelişme Nükleer enerjiyi elde etme ve kullanma yöntemleri bilim, teknoloji ve endüstri için benzeri görülmemiş yeni fırsatlar yaratacaktır. Bu fırsatların ölçeğini bu aşamada tam olarak hayal etmek zordur. Nükleer enerjinin serbest bırakılması, nükleer enerjinin barışçıl amaçlarla kullanılması koşuluyla, insanın doğa üzerindeki gücünün muazzam bir şekilde genişlemesi anlamına gelir. Sovyetler Birliği atomik olan ve hidrojen bombaları, kullanım için savaşır atom enerjisi yalnızca barışçıl amaçlarla, atom ve nükleer silahların yasaklanması için hidrojen silahları ve diğer araçlar kitle imha insanlar.

Nükleer reaktörlerin yaratılmasının bilim biliminin en önemli meyvelerinden biri olduğunu da belirtelim. iç yapı maddeler. Görünmez, soyut atomların ve atom çekirdeklerinin radyasyonu tamamen somut ve görünür hale geldi pratik sonuç- uranyumda saklı nükleer enerjinin serbest bırakılması ve kullanılması. Bu başarı en inandırıcı şekilde kanıtlıyor ki, bilimsel fikirler Atom ve atom çekirdeği hakkındaki bilgiler doğrudur, yani doğanın nesnel gerçekliğini temelde doğru bir şekilde yansıtırlar.

36. Aşağıdaki nükleer reaksiyonlar sembolik olarak hissedilir: a) iki döteronun birbiriyle çarpışması, bunun sonucunda daha hafif olanı proton olan iki parçacık oluşur; b) aynı, ancak daha hafif bir parçacık - bir nötron (sembol, kütle bire eşittir, yük sıfıra eşittir); c) bir protonun, kütlesi 7 olan bir lityum izotop çekirdeği ile iki parçacığın oluşmasıyla çarpışması; d) bir döteronun bir alüminyum çekirdeği ile çarpışması sonucu yeni bir çekirdek ve bir proton oluşması.

37. Radyoaktif ilaçların yaydığı parçacıklar, akciğerlerde neden olduğu halde ağır elementlerde neden nükleer reaksiyonlara neden olamıyor?

38. Azot, bir siklotronda hızlandırılan bir parçacık ışınıyla 1 saat boyunca ışınlandı. Işın içindeki akımın eşit olması ve nükleer reaksiyona (218.1) ışındaki her 100.000 parçacıktan birinin neden olması durumunda oluşan miktarı bulun.

39. Aşağıdaki nükleer reaksiyonları yazın: a) bir döteronun bir kuantum ile bir proton ve bir nötrona bölünmesi; b) bir kuantum emisyonu ile bir nötronun bir proton tarafından yakalanması; c) bir çekirdeğin iki -partikül oluşumu ile bir -kuantum tarafından bölünmesi: d) bir proton emisyonu ile 14 kütleli bir nitrojen izotopunun çekirdeği tarafından bir nötronun yakalanması; e) berilyum çekirdeğinin bir nötron emisyonu ile bir döteronla çarpışması.

40. Topuz hızlı nötronlar kalınlığında bir demir levhadan geçer. Demir çekirdeğin yarıçapı ise, onunla çarpışan nötronların oranını bulun. Not. Gerekli değer, plakanın yüzeyinin çekirdeklerle kaplanan kısmına eşittir.

41. Başvurmak elastik etki Enerjinin ve momentumun korunumu yasalarını toplayarak, bir nötronun A amu kütleli hareketsiz bir çekirdekle kafa kafaya çarpışması sırasında kaybettiği enerjinin fraksiyonunu hesaplayın. Bir nötronun bir proton, bir karbon çekirdeği ve bir kurşun çekirdeği ile çarpışması sonucu oluşan maksimum enerji kaybını hesaplayın.

42. Bir nötron, bir protonla çarpıştığında, çarpışmanın niteliğine (kafa kafaya, yan) bağlı olarak enerjisinin bir veya daha fazla payını kaybeder. Ortalama olarak, hareketsiz bir protonla yapılan bir çarpışma sonucunda nötronun enerjisi yarı yarıya azalır. Bulmak ortalama enerji Nötron protonlarla çarpıştıktan sonra.

43. Nötron enerjisini 'den 'e düşürmek için gereken protonlarla ortalama çarpışma sayısını bulun (bkz. Alıştırma 42).

44. Üç özdeş gümüş plaka aynı koşullar altında nötronlarla ışınlandı, ancak ışınlamanın süresi farklıydı: , , . 2,3 dakikalık yarı ömre sahip aktivite ölçümleri, ikinci plakanın aktivitesinin birincinin aktivitesinden birkaç kat daha fazla olduğunu ve üçüncü plakanın aktivitesinin ikincinin aktivitesine eşit olduğunu gösterdi. Bu sonucu açıklayın.

45. Katı bir plaka ile bölünmüş bir bulut odasında, plakayı geçen bir parçacığın izi fark edildi (Şekil 413). Parçacık hangi yönde hareket ediyor? Manyetik alan çizgileri bize doğru yönlendirilirse yükünün işareti nedir?

Pirinç. 413. Alıştırma 45 için. Bulut odasında yüklü bir parçacığın izi. Parçacık P plakasıyla geçti. Kamera, çizgileri bize doğru yönlendirilmiş bir manyetik alana yerleştirildi.

46. Kararlı çekirdeklerin parçacıklarla bombardıman edilmesiyle üretilen radyoaktif maddeler neden elektronik bozulmaya maruz kalıyor? ilk tepki Protonlar serbest bırakılır ve ilk reaksiyonda nötronlar serbest bırakılırsa pozitron bozunur mu?

47. Berilyum ve karbon çekirdeklerinin reaksiyonlarla bölünmesi için gereken minimum -kuantum enerjisini belirleyin

Reaksiyonlara katılan parçacıkların kütleleri için sayfadaki tabloya bakınız. 560.

48. Enerjili bir parçacık yayan çekirdek, çekirdeğe dönüşür. Atomun kütlesi 238.1249 amu ise atomun kütlesini belirleyin. Atomun kütlesi p'de verilmiştir. 560.

49. Bir atomun veya molekülün kütlesinin ölçülebileceği en iyi doğruluk amu'nun milyonda biridir. (0,000001 amu). Bu koşullar altında enerji salınımını hesaplamak için Einstein yasasını kullanmak mümkün müdür? kimyasal reaksiyonlar Reaksiyona katılan parçacıkların kütlelerinin ölçülen değerlerine göre (kimyasal reaksiyonlar sırasında enerji salınımı aşmıyor)?

50. Hangi parçacıklar (pozitronlar veya elektronlar) fisyon parçacıkları yayar? (Doğal baryum 130 ila 138 amu kütleli izotoplardan oluşur, doğal kripton ise 78 ila 86 amu kütleli izotoplardan oluşur)

51. Günde 1 gramın bölündüğü reaktörün gücünü bulun. Tam seçim Bir çekirdeğin bölünmesi sırasındaki enerji eşit alınır.

52. Kinetik enerji fisyon fragmanları; fisyon nötron enerjisi - ; enerji - radyasyon - .

Bir moderatör ve ince uranyum çubuklarından oluşan bir reaktörde açığa çıkan enerjinin yaklaşık olarak ne kadarı uranyumda ve ne kadarı moderatörde salınır?

53. Hangi durumda bir reaktördeki kritik uranyum kütlesi daha küçüktür: reaktör havayla çevrelendiğinde mi, yoksa nötronları zayıf bir şekilde soğuran yoğun bir maddeyle çevrelendiğinde mi?

54. Bir reaktörde uranyumun bölünmesi sırasında yayılan ikincil nötronların bir kısmı yeni fisyonlara neden olmadan ölür (reaktörün dışına uçar veya reaktör malzemelerinin çekirdekleri tarafından yakalanır), diğer kısmı ise uranyum çekirdeklerinin yeni fisyonlarına neden olur. Bir uranyum çekirdeğinin fisyonu sırasında yayılan ikincil nötronların ürettiği yeni fisyonların sayısına reaktör çarpım faktörü () adı verilir. Çarpma faktörü, bir nötron neslinin ömrü boyunca fisyon sayısının kaç kat arttığını gösterir. Salı'ya.

57. Benzin boru hattından pompalanır, ardından petrol gelir. Benzin-yağ arayüzünün boru hattının belirli bir bölümünden geçtiği anı belirlemenin bir yolunu önerin. Boru hattından numune almayın