Тест №29 Ядерная физика

За­да­ние1. Ис­поль­зуя таб­ли­цу масс атом­ных ядер, вы­чис­ли­те энер­гию, осво­бож­да­ю­щу­ю­ся при осу­ществ­ле­нии ядер­ной ре­ак­ции:

.

Массы атом­ных ядер

Атом­ный номер	На­зва­ние эле­мен­та	Сим­вол изо­то­па	Масса атом­но­го ядра изо­то­па
	во­до­род
	во­до­род
	во­до­род
	гелий
	гелий
	алю­ми­ний
	фос­фор
	За­да­ние 2. При взры­ве атом­ной бомбы осво­бож­да­ет­ся энер­гия . Эта энер­гия по­лу­ча­ет­ся в ос­нов­ном за счет де­ле­ния ядер урана 238. При де­ле­нии од­но­го ядра урана 238 осво­бож­да­ет­ся 200 МэВ, масса ядра равна при­мер­но 238 а. е. м. Вы­чис­ли­те массу ядер урана, ис­пы­тав­ших де­ле­ние при взры­ве, и сум­мар­ный де­фект массы.   За­да­ние 3. Вы­чис­ли­те массу ра­дио­ак­тив­ных про­дук­тов де­ле­ния ядер урана, на­кап­ли­ва­ю­щих­ся в ядер­ном ре­ак­то­ре теп­ло­вой мощ­но­стью за сутки, при­ни­мая вы­де­ле­ние энер­гии при де­ле­нии ядра урана 235 рав­ным 200 МэВ. За­да­ние 4. Об­ра­зец, со­дер­жа­щий радий, за 1 с ис­пус­ка­ет -ча­стиц. За 1 ч вы­де­ля­ет­ся энер­гия 100 Дж. Каков сред­ний им­пульс -ча­стиц? Масса -ча­сти­цы равна . Энер­ги­ей от­да­чи ядер, -из­лу­че­ни­ем и ре­ля­ти­вист­ски­ми эф­фек­та­ми пре­не­бречь.

За­да­ние 5. Наше Солн­це те­ря­ет за счёт из­лу­че­ния света массу, при­мер­но рав­ную 1, 39 10⁵ мил­ли­ар­дов тонн в год. Най­ди­те сол­неч­ную по­сто­ян­ную для Марса, то есть сред­нюю энер­гию, по­па­да­ю­щую за 1 се­кун­ду на 1м²по­верх­но­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной на­прав­ле­нию сол­неч­ных лучей, около Марса вне его ат­мо­сфе­ры. Из­вест­но, что сред­ний ра­ди­ус ор­би­ты Марса в 1,52 раза боль­ше сред­не­го ра­ди­у­са ор­би­ты Земли, ко­то­рый со­став­ля­ет около 150 мил­ли­о­нов ки­ло­мет­ров. Ответ вы­ра­зи­те в кВт/м².

За­да­ние6. Па­ци­ен­ту ввели внут­ри­вен­но дозу рас­тво­ра, со­дер­жа­ще­го изо­топ . Ак­тив­ность этого рас­тво­ра рас­па­дов в се­кун­ду. Пе­ри­од по­лу­рас­па­да изо­то­па равен ч. Через = 3 ч 50 мин ак­тив­ность крови па­ци­ен­та стала рас­па­дов в се­кун­ду. Каков объём введённого рас­тво­ра, если общий оъём крови па­ци­ен­та л? Пе­ре­хо­дом ядер изо­то­па из крови в дру­гие ткани ор­га­низ­ма пре­не­бречь.

За­да­ние 7. Ра­дио­ак­тив­ные ис­точ­ни­ки из­лу­че­ния могут ис­поль­зо­вать­ся в кос­мо­се для обо­гре­ва обо­ру­до­ва­ния кос­ми­че­ских ап­па­ра­тов. На­при­мер, на со­вет­ских «Лу­но­хо­дах» были уста­нов­ле­ны теп­ло­вы­де­ля­ю­щие кап­су­лы на ос­но­ве по­ло­ния-210. Ре­ак­ция рас­па­да этого изо­то­па имеет вид: где по­лу­ча­ю­щи­е­ся -ча­сти­цы об­ла­да­ют ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей МэВ. Сколь­ко ато­мов по­ло­ния долж­но рас­пасть­ся в теп­ло­вы­де­ля­ю­щей кап­су­ле, чтобы с её по­мо­щью можно было вски­пя­тить ста­кан воды объёмом мл? На­чаль­ная тем­пе­ра­ту­ра воды , теплоёмко­стью ста­ка­на и кап­су­лы, а также по­те­ря­ми теп­ло­ты можно пре­не­бречь.

За­да­ние8. Ра­дио­ак­тив­ные ис­точ­ни­ки из­лу­че­ния могут ис­поль­зо­вать­ся в кос­мо­се для обо­гре­ва обо­ру­до­ва­ния кос­ми­че­ских ап­па­ра­тов. На­при­мер, на со­вет­ских «Лу­но­хо­дах» были уста­нов­ле­ны теп­ло­вы­де­ля­ю­щие кап­су­лы на ос­но­ве по­ло­ния-210. Ре­ак­ция рас­па­да этого изо­то­па имеет вид: где по­лу­ча­ю­щи­е­ся -ча­сти­цы об­ла­да­ют ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей МэВ.

Сколь­ко ато­мов по­ло­ния долж­но рас­пасть­ся в теп­ло­вы­де­ля­ю­щей кап­су­ле, чтобы с её по­мо­щью можно было пре­вра­тить в воду лёд объёмом , на­хо­дя­щий­ся при тем­пе­ра­ту­ре 0 °С? Плот­ность льда , теплоёмко­стью ста­ка­на и кап­су­лы, а также по­те­ря­ми теп­ло­ты можно пре­не­бречь.

За­да­ние 9. Уров­ни энер­гии элек­тро­на в атоме во­до­ро­да за­да­ют­ся фор­му­лой эВ, где n = 1, 2, 3, … При пе­ре­хо­де из со­сто­я­ния в со­сто­я­ние атом ис­пус­ка­ет фотон. Поток таких фо­то­нов па­да­ет на по­верх­ность фо­то­ка­то­да. За­пи­ра­ю­щее на­пря­же­ние для фо­то­элек­тро­нов, вы­ле­та­ю­щих с по­верх­но­сти фо­то­ка­то­да, . Ка­ко­ва ра­бо­та вы­хо­да фо­то­элек­тро­нов с по­верх­но­сти фо­то­ка­то­да?

За­да­ние10. При об­лу­че­нии ме­тал­ли­че­ской пла­стин­ки быст­ры­ми -ча­сти­ца­ми не­боль­шая часть этих ча­стиц в ре­зуль­та­те упру­го­го вза­и­мо­дей­ствия с яд­ра­ми ато­мов ме­ня­ет на­прав­ле­ние ско­ро­сти на про­ти­во­по­лож­ное (ана­лог опыта Ре­зер­фор­да). Най­ди­те заряд ядра, если ми­ни­маль­ное рас­сто­я­ние, на ко­то­рое сбли­жа­лись ядро и ча­сти­ца, со­ста­ви­ло . Масса и ско­рость -ча­стиц на боль­шом рас­сто­я­нии от пла­сти­ны со­став­ля­ют со­от­вет­ствен­но и . (Ча­сти­цу счи­тать то­чеч­ной, а ядро — то­чеч­ным и не­по­движ­ным. Ре­ля­ти­вист­ским эф­фек­том пре­не­бречь. По­тен­ци­аль­ная энер­гия ку­ло­нов­ско­го вза­и­мо­дей­ствия ядра и -ча­сти­цы , где r — рас­сто­я­ние между ядром и -ча­сти­цей.)