Reakcje jądrowe (zagadnienia). Reakcje jądrowe (zagadnienia) Jak wyjaśnić stabilność jąder atomowych

1. Wymień kilka reakcji jądrowych, w których może powstać izotop 8Be.

2. Jaką minimalną energię kinetyczną w układzie laboratoryjnym Tmin musi posiadać neutron, aby reakcja 16 O(n,α) 13 C była możliwa?

3. Czy reakcja 6 Li(d,α) 4 He jest endotermiczna czy egzotermiczna? Podano specyficzne energie wiązania jąder w MeV: ε(d) = 1,11; ε() = 7,08; ε(6 Li) = 5,33.

4. Określ progi porów T dla reakcji fotorozszczepienia 12 C.

1. γ + 12 C → 11 C + n
2. γ + 12 C → 11 V + r
3. γ + 14 C → 12 C + n + n

5. Wyznacz progi reakcji: 7 Li(p,α) 4 He i 7 Li(p,γ) 8 Be.

6. Określ, jaką minimalną energię musi mieć proton, aby reakcja p + d → p + p + n była możliwa. Podawane są masy nadmiarowe. Δ(1H) = 7,289 MeV, Δ(2H) = 13,136 MeV,
Δ(n) = 8,071 MeV.

7. Czy możliwe są reakcje:

1. α + 7 Li → 10 B + n;
2. α + 12 C → 14 N + d

pod wpływem cząstek α ​​o energii kinetycznej T = 10 MeV?

8. Zidentyfikuj cząstkę X i oblicz energie reakcji Q w następujących przypadkach:

1. 35Cl + X → 32 S + α;	4. 23 Na + p → 20 Ne + X;
2. 10 B + X → 7 Li + α;	5. 23 Na + d → 24 Mg + X;
3. 7 Li + X → 7 Be + n;	6. 23 Na + d → 24 Na + X.

9. Jaką minimalną energię Tmin musi mieć deuteron, aby w wyniku nieelastycznego rozpraszania na jądrze 10 B wzbudzić stan o energii Eexc = 1,75 MeV?

10. Oblicz próg reakcji: 14 N + α → 17 O + p, w dwóch przypadkach, jeśli padająca cząstka to:
1) cząstka α,
2) Jądro 14 N. Energia reakcji Q = 1,18 MeV. Wyjaśnij wynik.

1. d(p,γ) 3 He;	5. 32S(γ,p)31P;
2. d(d, 3He)n;	6. 32(y,n)31S;
3. 7 Li(p,n) 7 Be;	7. 32S(γ,α)28Si;
4. 3 He(α,γ) 7 Be;	8. 4 He(α,p) 7 Li;

12. Jakie jądra mogą powstać w wyniku reakcji pod wpływem: 1) protonów o energii 10 MeV na tarczy 7 Li; 2) 7 jąder Li o energii 10 MeV na tarczy wodorowej?

13. Jądro 7 LI wychwytuje powolny neutron i emituje kwant γ. Jaka jest energia kwantu γ?

14. Wyznaczyć w układzie laboratoryjnym energię kinetyczną jądra 9 Be powstającego przy progowej wartości energii neutronów w reakcji 12 C(n,α) 9 Be.

15. Po napromieniowaniu naturalnego celu borowego zaobserwowano pojawienie się radioaktywnych izotopów o okresach półtrwania wynoszących 20,4 min i 0,024 s. Jakie izotopy powstały? Jakie reakcje doprowadziły do ​​powstania tych izotopów?

16. Naturalny cel borowy jest bombardowany protonami. Po zakończeniu naświetlania detektor cząstek zarejestrował aktywność 100 Bq. Po 40 minutach aktywność próbki spadła do ~25 Bq. Jakie jest źródło działania? Jaka reakcja jądrowa zachodzi?

17. Cząstka α o energii kinetycznej T = 10 MeV ulega czołowemu zderzeniu sprężystemu z jądrem 12 C. Określ energię kinetyczną w hp. 12 jąder C T C po zderzeniu.

18. Wyznacz maksymalne i minimalne energie jąder 7 Be powstających w reakcji
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) pod wpływem przyspieszonych protonów o energii T p = 5 MeV.

19. -Cząstki wyemitowane pod kątem θ niesprężyste = 30 0 w wyniku reakcji rozpraszania niesprężystego ze wzbudzeniem stanu jądra 12 C o energii E exc = 4,44 MeV, mają tę samą energię w hp, co cząstki elastycznie rozproszone na tym samym jądro α- cząstki pod kątem θ kontrola = 45 0. Wyznacz energię cząstek α ​​padających na tarczę.

20. Cząstki α o energii T = 5 MeV oddziałują ze stacjonarnym jądrem 7 Li. Wyznacz wielkość impulsów w S.C.I powstałych w wyniku reakcji 7 Li(α,n) 10 B neutron p α i 10 B p Be jądro.

21. Stosując reakcję 32S(α,p)35Cl, bada się nisko położone stany wzbudzone 35Cl (1,219; 1,763; 2,646; 2,694; 3,003; 3,163 MeV). Który z tych stanów zostanie wzbudzony wiązką cząstek α ​​o energii 5,0 MeV? Wyznacz energie protonów obserwowane w tej reakcji pod kątami 0 0 i 90 0 przy E = 5,0 MeV.

22. Korzystając z wykresu impulsów, oblicz zależność pomiędzy kątami w KM. i sci

23. Proton o energii kinetycznej Ta = 5 MeV uderza w jądro 1H i zostaje na nim elastycznie rozproszony. Wyznacz energię T B i kąt rozproszenia θ B jądra odrzutu 1 N, jeśli kąt rozproszenia protonów θ b = 30 0.

24. Reakcja t(d,n)α jest szeroko stosowana do produkcji neutronów. Wyznacz energię neutronów T n emitowanych pod kątem 90 0 w generatorze neutronów wykorzystującym deuterony przyspieszone do energii T d = 0,2 MeV.

25. Do wytworzenia neutronów wykorzystuje się reakcję 7 Li(p,n) 7 Be. Energia protonu T p = 5 MeV. Do eksperymentu potrzebne są neutrony o energii T n = 1,75 MeV. Pod jakim kątem θ n względem kierunku wiązki protonów zostaną wyemitowane neutrony o takiej energii? Jaki będzie rozkład energii neutronów ΔT, jeśli zostaną one wyizolowane za pomocą 1 cm kolimatora umieszczonego w odległości 10 cm od celu.

26. Wyznacz moment orbitalny trytu l t powstałego w reakcji 27 Al(,t) 28 Si, jeżeli moment orbitalny padającej cząstki α l α = 0.

27. Przy jakim względnym orbitalnym momencie pędu protonu możliwa jest reakcja jądrowa p + 7 Li → 8 Be * → α + α?

28. Z jakim momentem orbitalnym l p mogą zostać wyemitowane protony w reakcji 12 C(,p) 11 B, jeśli: 1) końcowe jądro powstaje w stanie podstawowym i foton E2 jest absorbowany; 2) końcowe jądro powstaje w stanie 1/2+, a foton M1 ulega absorpcji; 3) końcowe jądro powstaje w stanie podstawowym, a foton E1 jest absorbowany?

29. W wyniku absorpcji kwantu - przez jądro emitowany jest neutron o pędzie orbitalnym l n = 2. Określ wielobiegunowość kwantu -, jeżeli końcowe jądro powstaje w stanie podstawowym.

30. Jądro 12 C absorbuje kwant γ, w wyniku czego emitowany jest proton o pędzie orbitalnym l = 1. Określ wielobiegunowość zaabsorbowanego kwantu γ, jeśli końcowe jądro powstaje w stanie podstawowym?

31. Wyznacz orbitalny pęd deuteronu l d w reakcji odbioru 15 N(n,d) 14 C, jeśli orbitalny pęd neutronu l n = 0.

33. Jądro 40 Ca absorbuje kwant γ E1. Jakie przejścia pojedynczych cząstek są możliwe?

34. Jądro 12C absorbuje kwant γ E1. Jakie przejścia pojedynczych cząstek są możliwe?

35. Czy w reakcji niesprężystego rozpraszania deuteronów na jądrze o napięciu 10 V można wzbudzić stan o charakterystyce J P = 2 + , I = 1?

36. Oblicz przekrój poprzeczny rozpraszania cząstki o energii 3 MeV w polu kulombowskim jądra 238 U w zakresie kątów od 150 0 do 170 0.

37. Złota płytka o grubości d = 0,1 mm jest naświetlana wiązką cząstek α ​​o natężeniu N 0 = 10 3 cząstek/s. Energia kinetyczna cząstek T = 5 MeV. Ile cząstek α ​​na jednostkę kąta bryłowego spada w ciągu sekundy na detektor umieszczony pod kątem = 170 0? Gęstość złota ρ = 19,3 g/cm3.

38. Skolimowana wiązka cząstek α ​​o energii T = 10 MeV pada prostopadle na folię miedzianą o grubości δ = 1 mg/cm2. Cząstki rozproszone pod kątem = 30 są wykrywane przez detektor o powierzchni S = 1 cm 2 umieszczony w odległości l = 20 cm od celu. Jaki ułamek całkowitej liczby rozproszonych cząstek α ​​zostanie zarejestrowany przez detektor?

39. Podczas badania reakcji 27 Al(p,d) 26 Al pod wpływem protonów o energii T p = 62 MeV w widmie deuteronu mierzonej pod kątem θ d = 90 za pomocą detektora kąta bryłowego
dΩ = 2,10 -4 sr, zaobserwowano piki o energiach T d = 45,3; 44,32; 40,91 MeV. Przy całkowitym ładunku protonów q = 2,19 mC padającym na tarczę o grubości δ = 5 mg/cm2, liczba zliczeń N w tych pikach wyniosła odpowiednio 5180, 1100 i 4570. Wyznacz energie poziomów jądra 26 Al, którego wzbudzenie zaobserwowano w tej reakcji. Oblicz przekroje różnicowe dσ/dΩ tych procesów.

40. Całkowy przekrój poprzeczny reakcji 32 S(γ,p) 31 P z utworzeniem końcowego jądra 31 P w stanie podstawowym przy energii padających kwantów γ równej 18 MeV wynosi 4 mb. Oszacuj wartość całkowego przekroju reakcji odwrotnej 31 P(p,γ) 32 S, odpowiadającą tej samej energii wzbudzenia jądra 32 S, co w reakcji 32 S(γ,p) 31 P. Uwzględnij że to wzbudzenie jest usuwane w wyniku przejścia γ do stanu podstawowego.

41. Oblicz natężenie wiązki neutronów J, jaką naświetlano płytkę 55 Mn o grubości d = 0,1 cm przez t akt = 15 min, jeśli t cool = 150 min po zakończeniu naświetlania, jej aktywność I wynosiła 2100 Bq. Okres półtrwania 56 Mn wynosi 2,58 godziny, przekrój poprzeczny aktywacji wynosi σ = 0,48 b, gęstość substancji płytkowej wynosi ρ = ​​7,42 g/cm3.

42. Przekrój poprzeczny reakcji różnicowej dσ/dΩ pod kątem 90 0 wynosi 10 mb/sr. Oblicz wartość przekroju całkowego, jeżeli zależność kątowa przekroju różniczkowego ma postać 1+2sinθ.

43. Rozpraszanie wolnych (T n 1 keV) neutronów na jądrze jest izotropowe. Jak można wyjaśnić ten fakt?

44. Wyznacz energię wzbudzenia jądra złożonego powstałego, gdy cząstka α o energii T = 7 MeV zostanie wychwycona przez nieruchome jądro o napięciu 10 V.

45. W przekroju reakcji 27 Al (α,р) 30 Si maksymalne wartości obserwuje się przy energiach cząstek α ​​T 3,95; 4,84 i 6,57 MeV. Wyznaczyć energie wzbudzenia jądra związku odpowiadające maksimom w przekroju.

46. Z jakim pędem orbitalnym protony o Тр = 2 MeV mogą być rozproszone na jądrze 112 Sn?

47. Oszacuj przekrój powstawania jądra złożonego podczas oddziaływania neutronów o energii kinetycznej T n = 1 eV z jądrami złota 197 Au.

48. Oszacuj przekrój poprzeczny powstawania jądra złożonego podczas oddziaływania neutronów o energii kinetycznej T n = 30 MeV z jądrami złota 197 Au.

Teoria: Reakcje jądrowe podlegają prawom zachowania masy i ładunku.
Całkowita masa przed reakcją jest równa całkowitej masie po reakcji, całkowity ładunek przed reakcją jest równy całkowitemu ładunkowi po reakcji.
Na przykład:
Izotopy to odmiany danego pierwiastka chemicznego różniące się masą jąder atomowych. te. liczby masowe inny i opłata identyczna.

Rysunek przedstawia łańcuch przemian uranu-238 w ołów-206. Korzystając z danych na rysunku, z proponowanej listy stwierdzeń wybierz dwa prawidłowe. Podaj ich numery.

1) W łańcuchu przemian uranu-238 w stabilny ołów-206 uwalnia się sześć jąder helu.
2) Polon-214 ma najkrótszy okres półtrwania w przedstawionym łańcuchu przemian promieniotwórczych.
3) Ołów o masie atomowej 206 ulega samoistnemu rozpadowi alfa.
4) Uran-234, w przeciwieństwie do uranu-238, jest pierwiastkiem stabilnym.
5) Spontanicznej przemianie bizmutu-210 w polon-210 towarzyszy emisja elektronu.
Rozwiązanie: 1) W łańcuchu przemian uranu-238 w stabilny ołów-206 uwalnianych jest nie sześć, ale osiem jąder helu.
2) Polon-214 ma najkrótszy okres półtrwania w przedstawionym łańcuchu przemian promieniotwórczych. Z wykresu wynika, że ​​czas ten jest najkrótszy dla polonu-214
3) Ołów o masie atomowej 206 nie ulega samoistnemu rozpadowi alfa, jest stabilny.
4) Uran-234, w przeciwieństwie do uranu-238, nie jest pierwiastkiem stabilnym.
5) Spontanicznej przemianie bizmutu-210 w polon-210 towarzyszy emisja elektronu. Ponieważ uwolniona została cząstka beta.
Odpowiedź: 25
Zadanie OGE z fizyki (fipi): Jaka cząstka X została uwolniona w wyniku reakcji?

Rozwiązanie: masa przed reakcją 14 + 4 = 18 amu, ładunek 7e + 2e = 9e, aby zasada zachowania masy i ładunku była spełniona, cząstka X musi mieć 18 - 17 = 1 amu. oraz 9e - 8e = 1e, zatem cząstka X jest protonem.
Odpowiedź: 4
Zadanie OGE z fizyki (fipi): Jądro toru stało się jądrem radu. Jaka cząstka została wyemitowana przez jądro toru?


3) cząstka alfa
4) cząstka β
Rozwiązanie: Masa zmieniła się o 4, a ładunek o 2, dlatego jądro toru wyemitowało cząstkę alfa.
Odpowiedź: 3
Zadanie OGE z fizyki (fipi):

1) cząstka alfa
2) elektron

Rozwiązanie: Korzystając z prawa zachowania masy i ładunku, widzimy, że masa pierwiastka wynosi 4, a ładunek wynosi 2, zatem jest to cząstka alfa.
Odpowiedź: 1
Zadanie OGE z fizyki (fipi):

1) cząstka alfa
2) elektron

Rozwiązanie: Korzystając z prawa zachowania masy i ładunku, widzimy, że masa pierwiastka wynosi 1, a ładunek wynosi 0, zatem jest to neutron.
Odpowiedź: 4
Zadanie OGE z fizyki (fipi):

3) elektron
4) cząstka alfa
Rozwiązanie: Cząstka gamma nie ma masy ani ładunku, dlatego nieznana cząstka ma masę i ładunek równy 1, nieznaną cząstką jest proton.
Odpowiedź: 1
Kiedy neutron zostaje wychwycony przez jądro, powstaje radioaktywny izotop. Podczas tej transformacji jądrowej emituje

4) elektron
Rozwiązanie: Zapiszmy reakcję przechwytywania
+ -> + ? .
Korzystając z prawa zachowania masy i ładunku, widzimy, że masa nieznanego pierwiastka wynosi 4, a ładunek wynosi 2, zatem jest to cząstka alfa.

Sekcje: Fizyka

Klasa: 11

Cele Lekcji: zapoznanie studentów z reakcjami jądrowymi, procesami zmian w jądrach atomowych, przemianą jednych jąder w inne pod wpływem mikrocząstek. Podkreśl, że nie są to bynajmniej reakcje chemiczne łączenia i oddzielania atomów pierwiastków od siebie, oddziałujące wyłącznie na powłoki elektroniczne, ale przekształcenie jąder w układy nukleonów, przemiana jednych pierwiastków chemicznych w inne.

Lekcji towarzyszy prezentacja 21 slajdów (załącznik).

Podczas zajęć

Powtórzenie

1. Jaki jest skład jąder atomowych?

JĄDRO (atomowe)- jest to dodatnio naładowana środkowa część atomu, w której koncentruje się 99,96% jego masy. Promień jądra wynosi ~10–15 m, czyli około sto tysięcy razy mniej niż promień całego atomu, określony przez wielkość jego powłoki elektronowej.

Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów. Ich całkowita liczba w jądrze jest oznaczona literą A i nazywa się liczbą masową. Liczba protonów w jądrze Z określa ładunek elektryczny jądra i pokrywa się z liczbą atomową pierwiastka w układzie okresowym pierwiastków D.I. Mendelejew. Liczbę neutronów w jądrze można zdefiniować jako różnicę między liczbą masową jądra a liczbą znajdujących się w nim protonów. Liczba masowa to liczba nukleonów w jądrze.

2. Jak wyjaśnić stabilność jąder atomowych?

SIŁY JĄDROWE jest miarą oddziaływania nukleonów w jądrze atomowym. To właśnie te siły utrzymują podobnie naładowane protony w jądrze, zapobiegając ich rozproszeniu pod wpływem elektrycznych sił odpychania.

3. Wymień właściwości sił jądrowych.

Siły jądrowe mają szereg specyficznych właściwości:

4. Jaka jest energia wiązania jądra?

ENERGIA WIĄZANIA JĄDRA ATOMOWEGO to minimalna energia wymagana do całkowitego rozbicia jądra na pojedyncze nukleony. Różnica między sumą mas nukleonów (protonów i neutronów) a masą składającego się z nich jądra, pomnożona przez kwadrat prędkości światła w próżni, stanowi energię wiązania nukleonów w jądrze. Energia wiązania na nukleon nazywana jest specyficzną energią wiązania.

5. Dlaczego masa jądra nie jest równa sumie mas zawartych w nim protonów i neutronów?

Kiedy jądro powstaje z nukleonów, energia jądra maleje, czemu towarzyszy spadek masy, tj. masa jądra musi być mniejsza niż suma mas poszczególnych nukleonów tworzących to jądro.

6. Co to jest radioaktywność?

Nauka nowego materiału.

REAKCJA NUKLEARNA to proces oddziaływania jądra atomowego z innym jądrem lub cząstką elementarną, któremu towarzyszy zmiana składu i struktury A (a, b) B lub A + a → B + b.

Jakie są podobieństwa i różnice między reakcjami jądrowymi a rozpadem promieniotwórczym?

Wspólna cecha reakcja jądrowa i rozpad radioaktywny jest przemianą jednego jądra atomowego w drugie.

Ale rozpad radioaktywny dzieje się spontanicznie, bez wpływu zewnętrznego, i reakcja nuklearna zwany wpływ bombardująca cząstka.

Rodzaje reakcji jądrowych:

• przez etap tworzenia jądra złożonego;
• bezpośrednia reakcja jądrowa (energia większa niż 10 MeV);
• pod wpływem różnych cząstek: protonów, neutronów,…;
• synteza jądrowa;
• rozszczepienia jądrowego;
• z pochłanianiem i uwalnianiem energii.

Pierwszą reakcję jądrową przeprowadził E. Rutherford w 1919 r. w ramach eksperymentów mających na celu wykrycie protonów w produktach rozpadu jądrowego. Rutherford zbombardował atomy azotu cząsteczkami alfa. Kiedy cząstki się zderzyły, nastąpiła reakcja jądrowa, przebiegająca według następującego schematu:
14 7 N + 4 2 On → 17 8 O + 1 1 H

Warunki reakcji jądrowych

Aby przeprowadzić reakcję jądrową pod wpływem dodatnio naładowanej cząstki, konieczne jest, aby cząstka miała energię kinetyczną wystarczającą do pokonania działania sił odpychania Coulomba. Cząstki nienaładowane, takie jak neutrony, mogą przenikać przez jądra atomowe z dowolnie niską energią kinetyczną. Reakcje jądrowe mogą zachodzić, gdy atomy są bombardowane szybko naładowanymi cząstkami (protonami, neutronami, cząstkami α, jonami).

Pierwszą reakcję bombardowania atomów szybko naładowanymi cząstkami przeprowadzono przy użyciu wysokoenergetycznych protonów wytworzonych w akceleratorze w 1932 roku:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Jednak najciekawsze pod względem praktycznym zastosowania są reakcje zachodzące podczas oddziaływania jąder z neutronami. Ponieważ neutrony nie mają ładunku, mogą łatwo penetrować jądra atomowe i powodować ich przemiany. Wybitny włoski fizyk E. Fermi jako pierwszy badał reakcje wywoływane przez neutrony. Odkrył, że przemiany jądrowe są spowodowane nie tylko szybkimi, ale także wolnymi neutronami poruszającymi się z prędkościami termicznymi.

Przeprowadzić reakcję nuklearną pod wpływem pozytywnie naładowany cząstki są konieczne cząstka miała energię kinetyczną, wystarczające dla przezwyciężenie działania sił odpychania Coulomba. Cząstki nienaładowane, takie jak neutrony, mogą przenikać przez jądra atomowe z dowolnie niską energią kinetyczną.

Akceleratory cząstek naładowanych(wiadomość ucznia)

Aby zgłębić tajemnice mikrokosmosu, człowiek wynalazł mikroskop. Z czasem stało się jasne, że możliwości mikroskopów optycznych są bardzo ograniczone – nie pozwalają one „zajrzeć” w głąb atomów. Do tych celów bardziej odpowiednie okazały się nie promienie świetlne, ale wiązki naładowanych cząstek. I tak w słynnych eksperymentach E. Rutherforda wykorzystano przepływ cząstek α ​​emitowanych przez leki radioaktywne. Jednakże naturalne źródła cząstek (substancje radioaktywne) wytwarzają wiązki o bardzo małym natężeniu, energia cząstek jest stosunkowo niska, a ponadto źródła te są niekontrolowane. W związku z tym pojawił się problem stworzenia sztucznych źródeł przyspieszonych cząstek naładowanych. Należą do nich w szczególności mikroskopy elektronowe, które wykorzystują wiązki elektronów o energiach rzędu 10 5 eV.

Na początku lat 30. XX wieku pojawiły się pierwsze akceleratory cząstek naładowanych. W instalacjach tych naładowane cząstki (elektrony lub protony), poruszające się w próżni pod wpływem pól elektrycznych i magnetycznych, pozyskują duży zapas energii (przyspieszają). Im wyższa energia cząstki, tym krótsza jest jej długość fali, dlatego takie cząstki lepiej nadają się do „sondowania” mikroobiektów. Jednocześnie wraz ze wzrostem energii cząstki zwiększa się liczba wywołanych przez nią przemian wzajemnych cząstek, co prowadzi do narodzin nowych cząstek elementarnych. Należy pamiętać, że penetracja świata atomów i cząstek elementarnych nie jest tania. Im wyższa energia końcowa przyspieszanych cząstek, tym bardziej złożone i duże są akceleratory; ich rozmiary mogą sięgać kilku kilometrów. Istniejące akceleratory umożliwiają wytwarzanie wiązek naładowanych cząstek o energiach od kilku MeV do setek GeV. Natężenie wiązek cząstek sięga 10 15 – 10 16 cząstek na sekundę; w tym przypadku wiązkę można skupić na celu o powierzchni zaledwie kilku milimetrów kwadratowych. Jako cząstki przyspieszone najczęściej wykorzystuje się protony i elektrony.

Najpotężniejsze i najdroższe akceleratory budowane są w celach czysto naukowych - w celu uzyskania i badania nowych cząstek, badania wzajemnej konwersji cząstek. Akceleratory o stosunkowo niskich energiach znajdują szerokie zastosowanie w medycynie i technice – do leczenia chorych na nowotwory, do produkcji izotopów promieniotwórczych, do poprawy właściwości materiały polimerowe i do wielu innych celów.

Różnorodność istniejących typów akceleratorów można podzielić na cztery grupy: akceleratory bezpośrednie, akceleratory liniowe, akceleratory cykliczne, akceleratory z wiązką zderzającą.

Gdzie znajdują się akceleratory? W Dubna(Wspólny Instytut Badań Jądrowych) pod kierownictwem V.I. Vekslera zbudowano synchrofasotron w 1957 roku. W Serpuchow– synchrofasotron, którego długość pierścieniowej komory próżniowej umieszczonej w polu magnetycznym wynosi 1,5 km; energia protonu 76 GeV. W Nowosybirsk(Instytut Fizyki Jądrowej) pod kierownictwem G.I. Budkera uruchomiono akceleratory wykorzystujące zderzające się wiązki elektron-elektron i elektron-pozyton (wiązki 700 MeV i 7 GeV). W Europa (CERN, Szwajcaria – Francja) akceleratory działają ze zderzającymi się wiązkami protonów o energii 30 GeV i wiązkami proton-antyproton o energii 270 GeV. Obecnie, podczas budowy Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) na granicy Szwajcarii i Francji, zakończony został kluczowy etap prac budowlanych – montaż magnesów nadprzewodzących akceleratora cząstek.

Zderzacz powstaje w tunelu o obwodzie 26 650 metrów na głębokości około stu metrów. Pierwsze zderzenia testowe w zderzaczu zaplanowano na listopad 2007 roku, jednak awaria jednego z magnesów, która nastąpiła podczas prac testowych, spowoduje pewne opóźnienie w harmonogramie uruchomienia instalacji. Wielki Zderzacz Hadronów przeznaczony jest do poszukiwania i badania cząstek elementarnych. Po wystrzeleniu LHC będzie najpotężniejszym akceleratorem cząstek na świecie, przewyższającym swoich najbliższych konkurentów o niemal rząd wielkości. Budowa kompleksu naukowego Wielkiego Zderzacza Hadronów trwa już ponad 15 lat. W prace te zaangażowanych jest ponad 10 tysięcy osób z 500 ośrodków naukowych na całym świecie.

Reakcjom jądrowym towarzyszą przemiany energetyczne. Wyjście energii reakcja jądrowa nazywana jest wielkością:
Q = (M+ M B - M C - M D) C 2 = Δ Mc 2 gdzie M A i M B – masy produktów wyjściowych, M C i M D – masy końcowych produktów reakcji. Wartość Δ M zwany defekt masy. Reakcje jądrowe mogą wystąpić z uwolnieniem ( Q> 0) lub z absorpcją energii ( Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, co nazywa się próg reakcji.

Aby reakcja jądrowa miała dodatnią energię wyjściową, specyficzna energia wiązania nukleony w jądrach produktów początkowych muszą być mniejsze niż specyficzna energia wiązania nukleonów w jądrach produktów końcowych. Oznacza to, że wartość Δ M musi być pozytywny.

Mechanizm reakcji jądrowych

Dwa etapy reakcji jądrowej:

• absorpcja cząstki przez jądro i utworzenie wzbudzonego jądra. Energia jest rozdzielana pomiędzy wszystkie nukleony jądra; każdy z nich ma energię mniejszą niż specyficzna energia wiązania i nie mogą one przeniknąć przez jądro. Nukleony wymieniają między sobą energię, a jeden z nich lub grupa nukleonów może skoncentrować energię wystarczającą do pokonania sił wiązania jądrowego i uwolnienia się z jądra.
• Emisja cząstki przez jądro zachodzi podobnie jak parowanie cząsteczki z powierzchni kropli cieczy. Przedział czasu od momentu wchłonięcia cząstki pierwotnej przez jądro do momentu emisji cząstki wtórnej wynosi około 10 -12 sekund.

Prawa zachowania reakcji jądrowych

Podczas reakcji jądrowych kilka prawa konserwatorskie: impuls, energia, moment pędu, ładunek. Oprócz tych klasycznych praw, w reakcjach jądrowych obowiązuje prawo zachowania tzw ładunek barionowy(tj. liczba nukleonów – protonów i neutronów). Obowiązuje również szereg innych praw ochrony charakterystycznych dla fizyki jądrowej i cząstek elementarnych.

1. Co to jest reakcja jądrowa?
2. Jaka jest różnica między reakcją jądrową a reakcją chemiczną?
3. Dlaczego powstałe jądra helu rozlatują się w przeciwnych kierunkach?
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. Czy reakcja emisji cząstki α jest reakcją jądrową?
5. Dokończ reakcje jądrowe:
   • 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
   • 14 7 N + ? → 14 6 C + 1 1 s
   • 14 7 N + 4 2 On → ? + 1 1 H
   • 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P + ? (1934 Irene Curie i Frederic Joliot-Curie uzyskali radioaktywny izotop fosforu)
   • ? + 4 2 On → 30 14 Si + 1 1 p
6. Wyznacz energię wyjściową reakcji jądrowej.
   14 7 N + 4 2 On → 17 8 O + 1 1 H
   Masa atomu azotu wynosi 14,003074 amu, atom tlenu to 16,999133 amu, atom helu to 4,002603 amu, atom wodoru to 1,007825 amu.

Niezależna praca

opcja 1

1.

1. aluminium (27 13 Al) wychwytuje neutron i emituje cząstkę alfa;
2. azot (14 7 N) jest bombardowany cząsteczkami α i emituje proton.

2.

1. 35 17 Cl + 1 0 n → 1 1 p +
2. 13 6 C + 1 1 p →
3. 7 3 Li + 1 1 p → 2
4. 10 5 B + 4 2 On → 1 0 n +
5. 24 12 Mg + 4 2 He → 27 14 Si +
6. 56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

Odpowiedzi: a) 13 7 N; b) 1 1 p; c) 1 0 n; d) 14 7 N; e) 4 2 On; e) 35 16 S

3.

1. 7 3 Li + 1 0 n → 4 2 He + 13H;
2. 9 4 Be + 4 2 On → 1 0 n + 13 6 C.

Opcja 2

1. Zapisz równania następujących reakcji jądrowych:

1. fosfor (31 15 R) wychwytuje neutron i emituje proton;
2. aluminium (27 13 Al) jest bombardowane protonami i emituje cząstkę α.

2. Uzupełnij równanie reakcji jądrowej:

1. 18 8 O + 1 1 p → 1 0 n +
2. 11 5 B + 4 2 On → 1 0 n +
3. 14 7 N + 4 2 On → 17 8 O +
4. 12 6 C + 1 0 n → 9 4 Być +
5. 27 13 Al + 4 2 On → 30 15 R +
6. 24 11 Na → 24 12 Mg + 0 -1 e +

Odpowiedzi: a) 4 2 On; b) 18 9 F; c) 14 7 N; d) 1 0 n; e) y; e) 1 1 s

3. Określ wydajność energetyczną reakcji:

1. 6 3 Li + 1 1 p → 4 2 On + 3 2 On;
2. 19 9 F + 1 1 p → 4 2 On + 16 8 O.

Po zakończeniu samodzielnej pracy przeprowadzany jest autotest.

Zadanie domowe: nr 1235 – 1238. (A.P. Rymkiewicz)