III. Ядерные реакции - превращения атомных ядер при взаимодействии с частицами, в том числе с фотонами или друг с другом

· Частица может расщепить ядро на фрагменты.

Ядерные реакции деления на примере реакции:

+200 МэВ.

Реакции распада на примере реакции: Ве→ 2· Не.

Сокращенная запись уравнения ядерной реакции. Например, реакцию n + N → C + р записывают в виде: N (n,p) C.

IV. Задачи:

1. Одной из наиболее известных реакций термоядерного синтеза является реакция

слияния дейтерия и трития: Н + Н → Не + n. Какая энергия выделяется в этой реакции? Энергия связи дейтерия 2,228 МэВ, трития - 8,483 МэВ, гелия 28,294 МэВ.

Решение: В данной реакции происходит разделение ядер дейтерия и трития на составляющие их частицы, на что затрачивается энергия их связи, после чего образуется ядро гелия и теперь энергия выделяется. Тогда энергетический выход данной ядерной реакции Е = 28,294 МэВ – (2,228 МэВ + 8,483 МэВ) = 17,583 МэВ.

2. Образовавшееся в результате ядерной реакции неподвижное ядро испускает - квант с энергией 9,4 кэВ. Определите кинетическую энергию ядра после испускания - кванта.

3. В реакции N (α,р) О налетающая α-частица имеет кинетическую энергию 7,68 МэВ. Может ли происходить такая реакция? Если да, то чему равна полная кинетическая энергия продуктов реакции?

"Установленное Эйнштейном соотношение является основанием для даль­нейших, значительно более важных выводов. Радиоактивная отслойка является с этой точки зрения одной из возможностей получения из материи огромных запасов энергии, техническое использование таких запасов энергии в принципе не представляется невыполнимым, и совсем недавно Резерфорд получил, по-видимому, подобные количества энергии, - правда, в микроскопическом масштабе, когда ему удалось разложить азот путем радиоактивного расщепления. Но не нужно предаваться иллюзии, будто техническая добыча указанной здесь энергии является вопросом непосредственного будущего, и что этим будет достигнуто обесценивание угля; с другой стороны, нельзя возражать и против того, что тут раскрывается одна из серьезнейших технических проблем"

1918 г, В. Нернст

V. §§ 97 Упр. 13 № б

"Прибавь еще один оттенок к радуге..."

Шекспир

Урок 24. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ЦЕЛЬ УРОКА: Научить учеников рассчитывать энергетический выход ядерной реакции.

ТИП УРОКА: решение задач.

ОБОРУДОВАНИЕ: справочник, микрокалькулятор.

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Решение задач 30 мин

4. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный: 1. Ядерные реакции.

Задачи:

1. Какую группу нуклонов нужно отделить от Li, чтобы полу­чить Не? Какую энергию нужно затратить, чтобы отделить эти нуклоны как единое целое? Какова энергия связи - частицы в ядре Li?

2. Определить энергию реакции Li + p → 2· He, если известно, что энергия связи на один нуклон в ядрах Li и Не равны соответственно 5,60 и 7,06 МэВ.

Решение: Здесь, как и в предыдущей задаче, под действием протона ядро лития разрушается, на что затрачивается энергия связи, но при этом возникают два ядра гелия и энергия выделяется.

Е = 2(4∙7,06 МэВ/нуклон) - 7∙5,60 МэВ/нуклон = 17,28 МэВ.

3. При захвате нейтрона ядром лития происходит ядерная реакция Li + n → H + He, в которой выделяется 4,8 МэВ энергии. Найдите распределение энергии между продуктами реакции. Считайте кинетическую энергию исходных частиц пренебрежимо малой.

III. Задачи:

1. В ядерной реакции Li + p → Ве + n протоны нале­тают на покоящиеся ядра лития. Если энергия налетающих протонов равна Е = 1,92 МэВ, то нейтроны, образующиеся в реакции, покоятся. Какая энергия поглощается в данной реакции? При какой минимальной энергии налетающих протонов эта реакция вообще могла бы идти? (Е_п= (6/7) Е, Е'= 48/49 Е).

Решение: Это первый пример ядерной реакции, в которой энергия поглощается. В лабораторной системе отсчета мы имеем движущийся со скоростью протон и покоящееся ядро лития. После того, как произойдет ядерная реакция, нейтрон будет неподвижен, а ядро бериллия приобретет некоторую скорость . На основе закона сохранения импульса получим: Зная массовое число каждой частицы, определим . Тогда в лабораторной системе отсчета , откуда . Теперь выясним, при какой минимальной энергии налетающих протонов эта реакция вообще могла бы идти. В системе отсчета центра масс системы из протона и ядра лития, который движется вправо с некоторой скоростью , их импульс , откуда . Если протон обладает минимальной энергией , то в данной системе отсчета вся она поглощается и, возникшие в реакции частицы не разлетаются: . Учтем, что , в результате получим или , откуда .

2. Может ли произойти реакция С (р, n) N при бомбар­дировке ядра С протонами с энергией 2 МэВ? (m_c = 13,003355 а.е.м., m_N = 13,005739 а.е.м.)