Yadro reaktsiyalari (muammolar). Yadro reaksiyalari (muammolar) Atom yadrolarining barqarorligini qanday tushuntirish mumkin

1. 8Be izotopi hosil boʻlishi mumkin boʻlgan bir qancha yadro reaksiyalarini sanab oʻting.

2. 16 O(n,a) 13 C reaktsiyasi mumkin bo'lishi uchun neytron Tmin laboratoriya tizimida qanday minimal kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak?

3. Reaksiya 6 Li(d,a) 4 He endotermikmi yoki ekzotermikmi? MeV dagi yadrolarning xususiy bog lanish energiyalari berilgan: e(d) = 1,11; e() = 7,08; e(6 Li) = 5,33.

4. 12 C fotobo'linish reaksiyalari uchun T g'ovak chegaralarini aniqlang.

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

5. Reaksiya chegaralarini aniqlang: 7 Li(p,a) 4 He va 7 Li(p,g) 8 Be.

6. p + d → p + p + n reaktsiyasi mumkin bo'lishi uchun proton qanday minimal energiyaga ega bo'lishi kerakligini aniqlang. Ortiqcha massalar beriladi. D(1 H) = 7,289 MeV, D (2 H) = 13,136 MeV,
D(n) = 8,071 MeV.

7. Reaksiyalar mumkinmi:

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

kinetik energiyasi T = 10 MeV bo'lgan a-zarralar ta'sirida?

8. Quyidagi hollarda X zarrachani aniqlang va Q reaksiya energiyalarini hisoblang:

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

9. 10 B yadroda elastik bo'lmagan sochilish natijasida energiya Eexc = 1,75 MeV bo'lgan holatni qo'zg'atish uchun deytron qanday minimal Tmin energiyaga ega bo'lishi kerak?

10. Reaksiya chegarasini hisoblang: 14 N + a→ 17 O + p, ikki holatda, agar tushayotgan zarracha:
1) a-zarracha,
2) 14 n yadro.Reaksiya energiyasi Q = 1,18 MeV. Natijani tushuntiring.

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

12. Quyidagilar ta'sirida sodir bo'ladigan reaksiyalar natijasida qanday yadrolar hosil bo'lishi mumkin: 1) 7 Li nishonda energiyasi 10 MeV bo'lgan protonlar; 2) vodorod nishonida energiyasi 10 MeV bo'lgan 7 ta Li yadrolari?

13. 7 LI yadrosi sekin neytronni ushlaydi va g-kvant chiqaradi. g-kvantning energiyasi nimaga teng?

14. 12 C(n,a) 9 Be reaksiyada neytron energiyasining chegara qiymatida hosil bo‘lgan 9 Be yadrosining kinetik energiyasini laboratoriya tizimida aniqlang.

15. Tabiiy bor nishoni nurlantirilganda yarim yemirilish davri 20,4 min va 0,024 s bo'lgan radioaktiv izotoplarning paydo bo'lishi kuzatildi. Qanday izotoplar hosil bo'lgan? Ushbu izotoplarning paydo bo'lishiga qanday reaktsiyalar sabab bo'ldi?

16. Tabiiy bor nishoni protonlar bilan bombardimon qilinadi. Nurlanish tugagandan so'ng, zarrachalar detektori 100 Bq faollikni qayd etdi. 40 daqiqadan so'ng namunaning faolligi ~ 25 Bq ga kamaydi. Faoliyatning manbai nima? Qanday yadroviy reaktsiya sodir bo'ladi?

17. Kinetik energiyasi T = 10 MeV bo'lgan a-zarracha 12 C yadro bilan elastik to'qnashuvni boshdan kechiradi.Kinetik energiyani ot kuchi bilan aniqlang. To'qnashuvdan keyin 12 C T C yadrolari.

18. Reaksiyada hosil bo‘lgan 7 Be yadrolarining maksimal va minimal energiyalarini aniqlang
7 Li(p,n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) energiyasi T p = 5 MeV bo'lgan tezlashtirilgan protonlar ta'sirida.

19. -Energiya E exc = 4,44 MeV bo'lgan 12 C yadro holatini qo'zg'atish bilan noelastik tarqalish reaktsiyasi natijasida th noelastik = 30 0 burchak ostida chiqarilgan zarralar bir xil elastik sochilganlar bilan bir xil hp energiyasiga ega. yadro a- zarrachalar burchak ostida th nazorat = 45 0. Nishonga tushgan a-zarralarning energiyasini aniqlang.

20. Energiyasi T = 5 MeV bo'lgan a-zarralar statsionar 7 Li yadrosi bilan o'zaro ta'sir qiladi. 7 Li(a,n) 10 B neytron p a va 10 B p Be yadro reaksiyasi natijasida hosil bo'lgan S.C.I.dagi impulslarning kattaligini aniqlang.

21. 32 S(a,p) 35 Cl reaksiyasidan foydalanib, 35 Cl (1,219; 1,763; 2,646; 2,694; 3,003; 3,163 MeV) ning pastdagi qo`zg`aluvchan holatlari o`rganiladi. Ushbu holatlarning qaysi biri energiyasi 5,0 MeV bo'lgan a-zarrachalar dastasi tomonidan qo'zg'atiladi? Bu reaksiyada E = 5,0 MeV da 0 0 va 90 0 burchaklarda kuzatilgan protonlarning energiyalarini aniqlang.

22. Impuls diagrammasidan foydalanib, hpdagi burchaklar orasidagi munosabatni oling. va s.c.i.

23. Kinetik energiyasi T a = 5 MeV bo'lgan proton 1 H yadroga urilib, uning ustida elastik tarzda sochilgan. Agar protonning tarqalish burchagi th b = 30 0 bo'lsa, orqaga qaytish yadrosining 1 N energiyasi T B va tarqalish burchagi th B ni aniqlang.

24. Neytronlarni hosil qilish uchun t(d,n)a reaktsiyasi keng qo'llaniladi. T d = 0,2 MeV energiyaga tezlashtirilgan deytronlar yordamida neytron generatorida 90 0 burchak ostida chiqarilgan neytronlarning T n energiyasini aniqlang.

25. Neytronlarni hosil qilish uchun 7 Li(p,n) 7 Be reaksiyasidan foydalaniladi. Proton energiyasi T p = 5 MeV. Tajriba uchun energiya T n = 1,75 MeV bo'lgan neytronlar kerak. Bunday energiyaga ega neytronlar proton nurlarining yo'nalishiga nisbatan qanday th n burchak ostida chiqariladi? Agar nishondan 10 sm masofada joylashgan 1 sm kolimator yordamida ajratilsa, neytron energiyalari DT tarqalishi qanday bo'ladi.

26. 27 Al(,t) 28 Si reaksiyada hosil bo‘lgan tritiy l t ning orbital momentini aniqlang, agar hodisa a zarrachaning orbital momenti l a = 0 bo‘lsa.

27. Protonning qaysi nisbiy orbital burchak momentida yadro reaksiyasi p + 7 Li → 8 Be * → a + a bo'lishi mumkin?

28. Qaysi orbital moment bilan l p 12 C(,p) 11 B reaksiyada protonlar chiqishi mumkin, agar: 1) oxirgi yadro asosiy holatda hosil bo'lsa va E2 foton yutilgan bo'lsa; 2) oxirgi yadro 1/2 + holatda hosil bo'ladi va M1 foton yutiladi; 3) oxirgi yadro asosiy holatda hosil bo'ladi va E1 foton yutiladi?

29. Yadro tomonidan -kvantning yutilishi natijasida orbital impulsi l n = 2 bo'lgan neytron chiqariladi.Agar oxirgi yadro asosiy holatda hosil bo'lsa -kvantning ko'p qutbliligini aniqlang.

30. 12 C yadrosi g-kvantni yutadi, buning natijasida orbital impulsi l = 1 bo'lgan proton chiqariladi.Agar oxirgi yadro asosiy holatda hosil bo'lsa, yutilgan g-kvantning ko'p qutbliligini aniqlang?

31. Neytronning orbital impulsi l n = 0 bo'lsa, 15 N(n,d) 14 C pikap reaksiyasida deytron l d orbital impulsini aniqlang.

33. 40 Ca yadro E1 g-kvantni o'zlashtiradi. Qanday bitta zarracha o'tishlari mumkin?

34. 12 C yadro E1 g-kvantni o'zlashtiradi. Qanday bitta zarracha o'tishlari mumkin?

35. 10 V yadroda deytronlarning elastik bo'lmagan sochilishi reaksiyasida J P = 2 +, I = 1 xarakteristikaga ega bo'lgan holatni qo'zg'atish mumkinmi?

36. 238 U yadroning Kulon maydonida 150 0 dan 170 0 gacha bo'lgan burchak oralig'ida energiyasi 3 MeV bo'lgan zarrachaning sochilish kesimini hisoblang.

37. Qalinligi d = 0,1 mm bo'lgan oltin plastinka N 0 = 10 3 zarracha / s intensivlikdagi a-zarrachalar nuri bilan nurlanadi. -zarrachalarning kinetik energiyasi T = 5 MeV. = 170 0 burchak ostida joylashgan detektorga sekundiga qattiq burchak birligiga qancha a-zarracha tushadi? Oltinning zichligi r = 19,3 g/sm3.

38. Energiyasi T = 10 MeV bo'lgan a-zarralarning kollimatsiyalangan nuri qalinligi d = 1 mg/sm 2 bo'lgan mis folga ustiga perpendikulyar ravishda tushadi. = 30 burchak ostida tarqalgan zarralar nishondan l = 20 sm masofada joylashgan S = 1 sm 2 maydonga ega bo'lgan detektor tomonidan aniqlanadi. Tarqalgan a zarrachalar umumiy sonining necha qismi detektor tomonidan qayd qilinadi?

39. Reaksiyani o'rganishda 27 Al(p,d) 26 Al deytron spektrida energiya T p = 62 MeV bo'lgan protonlar ta'sirida qattiq burchak detektori yordamida th d = 90 burchak ostida o'lchanadi.
dŌ = 2·10 -4 sr, energiyalari T d = 45,3 bo'lgan tepaliklar kuzatildi; 44,32; 40,91 MeV. Qalinligi d = 5 mg/sm2 bo'lgan nishonga q = 2,19 mC protonlarning umumiy zaryadi tushganda, bu cho'qqilardagi N hisoblar soni mos ravishda 5180, 1100 va 4570 ni tashkil etdi. Ushbu reaksiyada qo`zg`alishi kuzatilgan 26 Al yadro darajalarining energiyalarini aniqlang. Bu jarayonlarning ds/dŌ differensial kesmalarini hisoblang.

40. 18 MeV ga teng tushuvchi g kvant energiyasida asosiy holatda yakuniy 31 P yadro hosil bo`lishi bilan 32 S(g,p) 31 P reaksiya uchun integral kesma 4 mb ga teng. 32 S(g,p) 31 P reaksiyadagidek 32 S yadrosining qo‘zg‘alish energiyasiga to‘g‘ri keladigan teskari reaksiyaning 31 P(p,g) 32 S integral kesma qiymatini hisoblang. bu qo'zg'alish g asosiy holatga o'tish tufayli olib tashlanadi.

41. 55 Mn qalinlikdagi d = 0,1 sm plastinka t akt = 15 min davomida nurlangan J neytron nurining intensivligini hisoblang, agar nurlanish tugagandan keyin t sovib = 150 minut bo'lsa, uning faolligi I 2100 Bq bo'lgan. Yarim yemirilish davri 56 Mn 2,58 soat, aktivlanish kesimi s = 0,48 b, plastinka moddasining zichligi r = 7,42 g/sm3.

42. 90 0 burchak ostidagi differensial reaksiya kesma ds/dŌ 10 mb/sr. Differensial kesmaning burchakka bog'liqligi 1+2sinth ko'rinishga ega bo'lsa, integral kesmaning qiymatini hisoblang.

43. Sekin (T n 1 keV) neytronlarning yadroga tarqalishi izotropdir. Bu haqiqatni qanday izohlash mumkin?

44. Energiyasi T = 7 MeV bo'lgan a-zarrachani statsionar 10 V yadro ushlaganda hosil bo'lgan birikma yadroning qo'zg'alish energiyasini aniqlang.

45. 27 Al (a,r) 30 Si reaksiya kesmasida a-zarracha energiyalarida maksimallar T 3,95; 4,84 va 6,57 MeV. Murakkab yadroning ko‘ndalang kesimdagi maksimallariga mos keladigan qo‘zg‘alish energiyalarini aniqlang.

46. Tr = 2 MeV bo'lgan protonlar 112 Sn yadrosida qanday orbital impuls bilan sochilishi mumkin?

47. Kinetik energiyasi T n = 1 eV boʻlgan neytronlarning oltin yadrolari bilan oʻzaro taʼsirida birikma yadro hosil boʻlish kesimini hisoblang 197 Au.

48. Kinetik energiyasi T n = 30 MeV boʻlgan neytronlarning oltin yadrolari bilan oʻzaro taʼsirida birikma yadro hosil boʻlish kesimini hisoblang 197 Au.

Nazariya: Yadro reaktsiyalari massa va zaryadning saqlanish qonunlariga bo'ysunadi.
Reaksiyadan oldingi umumiy massa reaksiyadan keyingi umumiy massaga, reaksiyadan oldingi umumiy zaryad reaksiyadan keyingi umumiy zaryadga teng.
Masalan:
Izotoplar - bu ma'lum bir kimyoviy elementning atom yadrolarining massasida farq qiladigan navlari. bular. massa raqamlari har xil va zaryad bir xil.

Rasmda uran-238 ning qo'rg'oshin-206 ga aylanish zanjiri ko'rsatilgan. Rasmdagi ma'lumotlardan foydalanib, taklif qilingan bayonotlar ro'yxatidan ikkita to'g'risini tanlang. Ularning raqamlarini ko'rsating.

1) Uran-238 ning barqaror qo'rg'oshin-206 ga aylanish zanjirida oltita geliy yadrosi ajralib chiqadi.
2) Poloniy-214 taqdim etilgan radioaktiv transformatsiyalar zanjirida eng qisqa yarimparchalanish davriga ega.
3) Atom massasi 206 boʻlgan qoʻrgʻoshin oʻz-oʻzidan alfa yemirilishiga uchraydi.
4) Uran-234, uran-238 dan farqli o'laroq, barqaror elementdir.
5) Vismut-210 ning o'z-o'zidan poloniy-210 ga aylanishi elektronning emissiyasi bilan birga keladi.
Yechim: 1) Uran-238 ning barqaror qo'rg'oshin-206 ga aylanish zanjirida oltita emas, sakkizta geliy yadrosi ajralib chiqadi.
2) Poloniy-214 taqdim etilgan radioaktiv transformatsiyalar zanjirida eng qisqa yarimparchalanish davriga ega. Diagramma shuni ko'rsatadiki, vaqt poloniy-214 uchun eng qisqadir
3) Atom massasi 206 bo'lgan qo'rg'oshin o'z-o'zidan alfa-parchalanishga uchramaydi, u barqaror.
4) Uran-234, uran-238 dan farqli o'laroq, barqaror element emas.
5) Vismut-210 ning o'z-o'zidan poloniy-210 ga aylanishi elektronning emissiyasi bilan birga keladi. Chunki beta zarracha chiqarildi.
Javob: 25
Fizika bo'yicha OGE topshirig'i (fipi): Reaksiya natijasida qanday X zarracha ajralib chiqdi?

Yechim: reaksiyagacha bo'lgan massa 14 + 4 = 18 amu, zaryad 7e + 2e = 9e, massa va zaryadning saqlanish qonuni bajarilishi uchun X zarracha 18 - 17 = 1 amu bo'lishi kerak. va 9e - 8e = 1e, shuning uchun X zarrasi protondir.
Javob: 4
Fizika bo'yicha OGE topshirig'i (fipi): Toriy yadrosi radiy yadrosiga aylandi. Toriy yadrosi qanday zarrachani chiqargan?


3) alfa zarracha
4) b-zarracha
Yechim: Massa 4 ga, zaryad esa 2 ga o'zgardi, shuning uchun toriy yadrosi alfa zarrachasini chiqardi.
Javob: 3
Fizika bo'yicha OGE topshirig'i (fipi):

1) alfa zarracha
2) elektron

Yechim: Massa va zaryadning saqlanish qonunidan foydalanib, elementning massasi 4 ga, zaryadi esa 2 ga teng, shuning uchun u alfa zarrasi ekanligini ko'ramiz.
Javob: 1
Fizika bo'yicha OGE topshirig'i (fipi):

1) alfa zarracha
2) elektron

Yechim: Massa va zaryadning saqlanish qonunidan foydalanib, elementning massasi 1 ga, zaryadi esa 0 ga teng, shuning uchun u neytron ekanligini ko'ramiz.
Javob: 4
Fizika bo'yicha OGE topshirig'i (fipi):

3) elektron
4) alfa zarracha
Yechim: Gamma zarraning massasi ham, zaryadi ham yo'q, shuning uchun noma'lum zarrachaning massasi va zaryadi 1 ga teng, noma'lum zarracha protondir.
Javob: 1
Neytron yadro tomonidan tutilganda radioaktiv izotop hosil bo'ladi. Ushbu yadroviy transformatsiya paytida u chiqaradi

4) elektron
Yechim: Keling, tutib olish reaktsiyasini yozamiz
+ -> + ? .
Massa va zaryadning saqlanish qonunidan foydalanib, noma'lum elementning massasi 4 ga, zaryadi esa 2 ga teng, shuning uchun u alfa zarra ekanligini ko'ramiz.

Bo'limlar: Fizika

Sinf: 11

Dars maqsadlari: o`quvchilarni yadro reaksiyalari, atom yadrolarining o`zgarish jarayonlari, mikrozarrachalar ta`sirida ba`zi yadrolarning boshqasiga aylanishi bilan tanishtirish. Shuni ta'kidlash kerakki, bular hech qanday tarzda elementlar atomlarini bir-biridan bog'lash va ajratish, faqat elektron qobiqlarga ta'sir qiluvchi kimyoviy reaktsiyalar emas, balki yadrolarning nuklonlar tizimi sifatida qayta tuzilishi, ba'zi kimyoviy elementlarning boshqalarga aylanishidir.

Dars 21 ta slayddan iborat taqdimot bilan birga olib boriladi (Ilova).

Darslar davomida

Takrorlash

1. Atom yadrolari qanday tarkibdan iborat?

Yadro (atom)- bu atomning musbat zaryadlangan markaziy qismi bo'lib, unda uning massasining 99,96% to'plangan. Yadroning radiusi ~10-15 m, bu butun atomning elektron qobig'ining o'lchami bilan belgilanadigan radiusdan taxminan yuz ming marta kichikdir.

Atom yadrosi proton va neytronlardan iborat. Ularning yadrodagi umumiy soni harf bilan belgilanadi A va massa soni deb ataladi. Yadrodagi protonlar soni Z yadroning elektr zaryadini aniqlaydi va elementlarning davriy sistemasidagi elementning atom raqamiga toʻgʻri keladi D.I. Mendeleev. Yadrodagi neytronlar sonini yadroning massa soni va undagi protonlar soni o'rtasidagi farq sifatida aniqlash mumkin. Massa soni - yadrodagi nuklonlar soni.

2. Atom yadrolarining barqarorligi qanday tushuntiriladi?

Yadro KUCHLARI atom yadrosidagi nuklonlarning o'zaro ta'sirining o'lchovidir. Aynan shu kuchlar yadroda xuddi shunday zaryadlangan protonlarni ushlab turadi va ularning elektr itaruvchi kuchlar ta'sirida tarqalib ketishiga yo'l qo'ymaydi.

3. Yadro kuchlarining xossalarini ayting.

Yadro kuchlari bir qator o'ziga xos xususiyatlarga ega:

4. Yadroning bog'lanish energiyasi nimaga teng?

ATOM YADROGINI BOG'LANISH ENERGIYASI- yadroni alohida nuklonlarga to'liq bo'linishi uchun zarur bo'lgan minimal energiya. Nuklonlar (protonlar va neytronlar) massalari yig‘indisi va ulardan tashkil topgan yadro massasining vakuumdagi yorug‘lik tezligining kvadratiga ko‘paytirilishi o‘rtasidagi farq yadrodagi nuklonlarning bog‘lanish energiyasidir. Nuklonga to'g'ri keladigan bog'lanish energiyasi xususiy bog'lanish energiyasi deb ataladi.

5. Nima uchun yadro massasi unga kiritilgan proton va neytronlar massalari yig'indisiga teng emas?

Nuklonlardan yadro hosil bo'lganda, yadro energiyasi kamayadi, bu massaning kamayishi bilan birga keladi, ya'ni yadro massasi ushbu yadroni tashkil etuvchi alohida nuklonlarning massalari yig'indisidan kam bo'lishi kerak.

6. Radioaktivlik nima?

Yangi materialni o'rganish.

Yadro REAKSIYASI A (a, b) B yoki A + a → B + b ning tarkibi va tuzilishining o'zgarishi bilan birga atom yadrosining boshqa yadro yoki elementar zarracha bilan o'zaro ta'siri jarayonidir.

Yadro reaktsiyalari va radioaktiv parchalanish o'rtasidagi o'xshashlik va farqlar qanday?

Umumiy xususiyat yadroviy reaktsiya va radioaktiv parchalanish bir atom yadrosining boshqasiga aylanishi.

Lekin radioaktiv parchalanish sodir bo'lmoqda o'z-o'zidan, tashqi ta'sirsiz va yadro reaktsiyasi chaqirdi ta'sir qilish bombardimon zarracha.

Yadro reaktsiyalarining turlari:

• birikma yadro hosil bo'lish bosqichi orqali;
• to'g'ridan-to'g'ri yadro reaktsiyasi (10 MeV dan yuqori energiya);
• turli zarralar ta'sirida: protonlar, neytronlar, ...;
• yadro sintezi;
• yadro parchalanishi;
• energiyani yutish va energiya chiqarish bilan.

Birinchi yadro reaksiyasi 1919-yilda E.Rezerford tomonidan yadroviy parchalanish mahsulotlarida protonlarni aniqlash boʻyicha tajribalarda oʻtkazilgan. Ruterford azot atomlarini alfa zarralari bilan bombardimon qildi. Zarrachalar to'qnashganda, quyidagi sxema bo'yicha yadroviy reaktsiya sodir bo'ldi:
14 7 N + 4 2 U → 17 8 O + 1 1 H

Yadro reaksiyalari uchun shartlar

Ijobiy zaryadlangan zarracha ta'sirida yadro reaksiyasini amalga oshirish uchun zarracha Kulon itarilish kuchlarining ta'sirini yengish uchun etarli kinetik energiyaga ega bo'lishi kerak. Zaryadlanmagan zarralar, masalan, neytronlar, o'zboshimchalik bilan past kinetik energiyaga ega bo'lgan atom yadrolariga kirib borishi mumkin. Yadro reaksiyalari atomlar tez zaryadlangan zarralar (protonlar, neytronlar, a-zarralar, ionlar) bilan bombardimon qilinganda sodir bo'lishi mumkin.

Tez zaryadlangan zarrachalar bilan atomlarni bombardimon qilishning birinchi reaktsiyasi 1932 yilda tezlatgichda ishlab chiqarilgan yuqori energiyali protonlar yordamida amalga oshirildi:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Biroq, amaliy foydalanish uchun eng qiziqarli bo'lganlar yadrolarning neytronlar bilan o'zaro ta'sirida sodir bo'ladigan reaktsiyalardir. Neytronlar hech qanday zaryadga ega bo'lmagani uchun ular atom yadrolariga osongina kirib, ularning o'zgarishiga olib kelishi mumkin. Atoqli italyan fizigi E.Fermi birinchi boʻlib neytronlar taʼsirida yuzaga keladigan reaksiyalarni oʻrgangan. U yadroviy transformatsiyalar nafaqat tez, balki sekin neytronlarning termal tezlikda harakatlanishi tufayli ham sodir bo'lishini aniqladi.

Ta'siri ostida yadroviy reaktsiyani amalga oshirish musbat zaryadlangan zarralar zarur zarracha kinetik energiyaga ega edi, uchun yetarli Coulomb itarish kuchlarining harakatini engish. Zaryadlanmagan zarralar, masalan, neytronlar, o'zboshimchalik bilan past kinetik energiyaga ega bo'lgan atom yadrolariga kirib borishi mumkin.

Zaryadlangan zarracha tezlatgichlari(talaba xabari)

Mikrokosmos sirlariga kirish uchun odam mikroskopni ixtiro qildi. Vaqt o'tishi bilan optik mikroskoplarning imkoniyatlari juda cheklanganligi ma'lum bo'ldi - ular atomlarning chuqurligiga "qarashga" imkon bermaydi. Ushbu maqsadlar uchun yorug'lik nurlari emas, balki zaryadlangan zarrachalar nurlari ko'proq mos keldi. Shunday qilib, E.Rezerfordning mashhur tajribalarida radioaktiv preparatlar chiqaradigan a-zarrachalar oqimidan foydalanilgan. Biroq, zarrachalarning tabiiy manbalari (radioaktiv moddalar) juda past intensivlikdagi nurlarni hosil qiladi, zarrachalarning energiyasi nisbatan past bo'ladi va bundan tashqari, bu manbalarni boshqarib bo'lmaydi. Shuning uchun tezlashtirilgan zaryadlangan zarralarning sun'iy manbalarini yaratish muammosi paydo bo'ldi. Bularga, xususan, energiyalari 10 5 eV ga teng bo'lgan elektronlar nurlaridan foydalanadigan elektron mikroskoplar kiradi.

20-asrning 30-yillari boshida birinchi zaryadlangan zarracha tezlatgichlari paydo boʻldi. Ushbu qurilmalarda elektr va magnit maydonlar ta'sirida vakuumda harakatlanadigan zaryadlangan zarralar (elektronlar yoki protonlar) katta energiya manbasini oladi (tezlashadi). Zarrachaning energiyasi qanchalik baland bo'lsa, uning to'lqin uzunligi shunchalik qisqa bo'ladi, shuning uchun bunday zarralar mikro-ob'ektlarni "zondlash" uchun ko'proq mos keladi. Shu bilan birga, zarrachaning energiyasi ortib borishi bilan zarrachalarning o'zaro konversiyalari soni kengayib, yangi elementar zarrachalarning tug'ilishiga olib keladi. Shuni yodda tutish kerakki, atomlar va elementar zarralar dunyosiga kirish arzon emas. Tezlashtirilgan zarrachalarning yakuniy energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, tezlatgichlar shunchalik murakkab va katta bo'ladi; ularning o'lchamlari bir necha kilometrga etishi mumkin. Mavjud tezlatgichlar bir necha MeV dan yuzlab GeV gacha energiyaga ega bo'lgan zaryadlangan zarrachalar nurlarini ishlab chiqarish imkonini beradi. Zarrachalar nurlarining intensivligi sekundiga 10 15 – 10 16 zarrachaga etadi; bu holda, nur faqat bir necha kvadrat millimetr maydonga ega bo'lgan nishonga qaratilishi mumkin. Tezlashtirilgan zarralar sifatida protonlar va elektronlar ko'pincha ishlatiladi.

Eng kuchli va qimmat tezlatgichlar sof ilmiy maqsadlarda – yangi zarralarni olish va o‘rganish, zarrachalarning o‘zaro konversiyasini o‘rganish uchun qurilgan. Nisbatan past energiyali tezlatgichlar tibbiyot va texnologiyada - saraton kasalliklarini davolashda, radioaktiv izotoplarni ishlab chiqarishda, polimer materiallarning xususiyatlarini yaxshilashda va boshqa ko'plab maqsadlarda keng qo'llaniladi.

Mavjud turdagi tezlatgichlarning xilma-xilligini to'rtta guruhga bo'lish mumkin: to'g'ridan-to'g'ri tezlatgichlar, chiziqli tezlatgichlar, tsiklik tezlatgichlar, to'qnashuvchi nur tezlatgichlari.

Tezlatgichlar qayerda joylashgan? IN Dubna(Yadroviy tadqiqotlar qoʻshma instituti) V.I.Veksler boshchiligida 1957-yilda sinxofazotron qurilgan. IN Serpuxov– sinxrofasotron, uning magnit maydonida joylashgan halqasimon vakuum kamerasining uzunligi 1,5 km; proton energiyasi 76 GeV. IN Novosibirsk(Yadro fizikasi instituti) G.I.Budker boshchiligida toʻqnashuvchi elektron-elektron va elektron-pozitron nurlar (700 MeV va 7 GeV nurlar) ishlatuvchi tezlatkichlar ishga tushirildi. IN Yevropa (CERN, Shveytsariya - Frantsiya) tezlatkichlar 30 GeV kuchlanishli proton nurlarining to‘qnashuvi va 270 GeV proton-antiproton nurlari bilan ishlaydi. Ayni paytda Shveytsariya va Fransiya chegarasida Katta adron kollayderini (LHC) qurish jarayonida qurilish ishlarining asosiy bosqichi – zarracha tezlatgichining o‘ta o‘tkazuvchan magnitlarini o‘rnatish yakunlandi.

Kollayder qariyb yuz metr chuqurlikdagi perimetri 26 650 metr bo‘lgan tunnelda qurilmoqda. Kollayderdagi birinchi sinov to'qnashuvlari 2007 yil noyabr oyida o'tkazilishi rejalashtirilgan edi, ammo sinov ishi davomida sodir bo'lgan magnitlardan birining buzilishi o'rnatishni ishga tushirish jadvalining biroz kechikishiga olib keladi. Katta adron kollayderi elementar zarrachalarni qidirish va o‘rganish uchun mo‘ljallangan. Ishga tushirilgandan so'ng, LHC dunyodagi eng kuchli zarracha tezlatgichi bo'lib, o'zining eng yaqin raqobatchilaridan deyarli kattalik tartibida o'zib ketadi. Katta adron kollayderining ilmiy majmuasi qurilishi 15 yildan ortiq davom etmoqda. Bu ishga dunyoning 500 ta ilmiy markazlaridan 10 mingdan ortiq kishi jalb etilgan.

Yadro reaktsiyalari energiya almashinuvi bilan birga keladi. Energiya chiqishi Yadro reaktsiyasi miqdor deb ataladi:
Q = (M A+ M B - M C - M D) c 2 = D Mc 2 qaerda M A va M B - dastlabki mahsulotlarning massasi, M C va M D – yakuniy reaksiya mahsulotlarining massalari. Qiymat D M chaqirdi ommaviy nuqson. ning chiqishi bilan yadro reaktsiyalari sodir bo'lishi mumkin. Q> 0) yoki energiyani yutish bilan ( Q < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |Q|, deb ataladi reaktsiya chegarasi.

Yadro reaktsiyasi ijobiy energiya chiqishi uchun, maxsus bog'lanish energiyasi dastlabki mahsulotlarning yadrolaridagi nuklonlar yakuniy mahsulot yadrolaridagi nuklonlarning solishtirma bog'lanish energiyasidan kam bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, qiymat D M ijobiy bo'lishi kerak.

Yadro reaksiyalari mexanizmi

Yadro reaktsiyasining ikki bosqichi:

• zarrachaning yadro tomonidan yutilishi va qo'zg'aluvchan yadro hosil bo'lishi. Energiya yadroning barcha nuklonlari orasida taqsimlanadi, ularning har biri o'ziga xos bog'lanish energiyasidan kamroq energiyani tashkil qiladi va ular yadroga kira olmaydi. Nuklonlar o'zaro energiya almashadilar va ulardan biri yoki nuklonlar guruhi yadroviy bog'lanish kuchlarini yengish va yadrodan ajralib chiqish uchun etarli energiyani to'plashi mumkin.
• Yadro tomonidan zarrachaning chiqishi bir tomchi suyuqlik yuzasidan molekulaning bug'lanishiga o'xshash sodir bo'ladi. Birlamchi zarraning yadro tomonidan yutilishidan boshlab ikkilamchi zarrachaning chiqishigacha bo'lgan vaqt oralig'i taxminan 10 -12 s.

Yadro reaktsiyalarining saqlanish qonunlari

Yadro reaktsiyalari paytida bir nechta saqlash qonunlari: impuls, energiya, burchak momenti, zaryad. Ushbu klassik qonunlarga qo'shimcha ravishda, yadro reaktsiyalarida saqlanish qonuni deb ataladi barion zaryadi(ya'ni nuklonlar soni - proton va neytronlar). Yadro va zarrachalar fizikasiga xos bo'lgan boshqa bir qator saqlanish qonunlari ham mavjud.

1. Yadro reaktsiyasi nima?
2. Yadro reaktsiyasi va kimyoviy reaktsiya o'rtasidagi farq nima?
3. Nega hosil bo'lgan geliy yadrolari qarama-qarshi yo'nalishda uchib ketadi?
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. a zarrachaning emissiya reaksiyasi yadro reaksiyasimi?
5. Yadro reaksiyalarini tugallang:
   • 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B + ?
   • 14 7 N + ? → 14 6 C + 1 1 p
   • 14 7 N + 4 2 U → ? + 11 H
   • 27 13 Al + 4 2 U → 30 15 P + ? (1934 yil Iren Kyuri va Frederik Joliot-Kyuri fosforning radioaktiv izotopini olishdi)
   • ? + 4 2 U → 30 14 Si + 1 1 p
6. Yadro reaksiyasining energiya chiqishini aniqlang.
   14 7 N + 4 2 U → 17 8 O + 1 1 H
   Azot atomining massasi 14,003074 amu, kislorod atomi 16,999133 amu, geliy atomi 4,002603 amu, vodorod atomi 1,007825 amu.

Mustaqil ish

Variant 1

1.

1. alyuminiy (27 13 Al) neytronni ushlab, alfa zarrachasini chiqaradi;
2. azot (14 7 N) a zarrachalar tomonidan bombardimon qilinadi va proton chiqaradi.

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 U → 1 0 n +
5. 24 12 Mg + 4 2 He → 27 14 Si +
6. 56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

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

3.

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

Variant 2

1. Quyidagi yadro reaksiyalari tenglamalarini yozing:

1. fosfor (31 15 R) neytronni tutib, proton chiqaradi;
2. alyuminiy (27 13 Al) protonlar tomonidan bombardimon qilinadi va a zarracha chiqaradi.

2. Yadro reaktsiyasi tenglamasini to'ldiring:

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

Javoblar: a) 4 2 He; b) 18 9 F; c) 14 7 N; d) 1 0 n; e) g; e) 1 1 b

3. Reaksiyalarning energiya unumini aniqlang:

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

Mustaqil ishni tugatgandan so'ng, o'z-o'zini tekshirish o'tkaziladi.

Uyga vazifa: No 1235 – 1238. (A.P. Rymkevich)