Ядерные реакции. Энергия связи атомного ядра

1.

1. Ядерные реакции.
2. Энергия связи
атомного ядра.

2.

1. Ядерные реакции –
искусственные преобразования атомных ядер
при взаимодействии их с элементарными
частицами
или друг с другом
2. Условия :
1) Частицы вплотную приближаются к ядру и
попадают в сферу действия ядерных сил;
2) Частицы должны обладать большой
кинетической энергией (…с помощью ускорителей
элементарных частиц и ионов)

3. Механизм деления ядра

• Ядро имеет форму шара.
Поглотив альфа-частицу ,
ядро возбуждается и
начинает деформироваться,
приобретая вытянутую
форму.
• Ядро растягивается до тех
пор, пока силы
отталкивания между
половинками вытянутого
ядра не начинают
преобладать над силами
притяжения, действующими
в перешейке.
• Ядро разрывается на 2
части.

4.

Первые ядерные реакции
(Э.Резерфорд, 1919 г.)
4 He → 17 O + 1 H
N
+
7
2
8
1
14
Э.Резерфорд

5. Первые ядерные реакции

Э.Резерфорд, 1932 г.
Ядерная реакция
на быстрых протонах
7
1
4
→
4
2
2
H
e
L
i
+
H
H
e+
3
1

6. Ядерные реакции на нейтронах

1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами
почти все элементы периодической
системы. Нейтроны, не имея заряда,
беспрепятственно проникают в атомные
ядра и вызывают их изменения.
27
13
1
0
24
Al + n →11 Na + He
4
2
Реакции на быстрых нейтронах.
Реакции на медленных нейтронах
(более эффективны, чем быстрые;
1
n замедляют в обычной воде)
0

7. Виды ядерных реакций

Реакции
деленияреакции, в
которых из
«тяжелых» ядер с
большим
массовым числом
образуются ядра,
«средние» по
массовому числу,
лёгкие ядра (в
основном, альфачастицы),нейтрон
гамма-кванты.
Реакции синтезареакции, в которых
из менее
массивных ядер
образуются более
массивные и
образуются также
различные
элементарные
частицы и (или)
кванты
электромагнитного
излучения.

8.

Деление тяжёлых ядер —
экзоэнергетический процесс,
в результате которого
высвобождается большое количество
энергии в виде кинетической
энергии продуктов реакции, а также
излучения.
Деление ядер служит источником
энергии в ядерных реакторах и
ядерном оружии.

9. Деление ядер урана

Открытие в 1938 г. О.Ган, Ф.Штрассман
Объяснение в 1939 г. О.Фриш,
Л.Мейтнер
При бомбардировке нейтронами
U
образуется 80 различных ядер.
Деление происходит 91
Наиболее вероятное
деление на Kr
под действием кулоновских сил
и 142Ba в соотношении 2/3
235
94
Rb
α -излучение
γ-излучение

10.

Термоядерная реакция –
реакция слияния легких ядер при
очень высокой температуре,
сопровождающаяся выделением
энергии(реакции синтеза)
Энергетически очень выгодна!!!
1. Самоподдерживающиеся –
в недрах Земли, Солнца и других
звезд.
2. Неуправляемая – водородная
бомба!!!
3. Ведутся работы по осуществлению
управляемой термоядерной
реакции.

11.

Для осуществления
цепной
реакции необходимо,
Цепная
ядерная
реакция
чтобы среднее количество освобожденных нейтронов
с течением времени не уменьшалось.
Отношение количества нейтронов
в каком-либо «поколении» к
количеству нейтронов
в предыдущем «поколении» называют
коэффициентом размножения
нейтронов k
Если k < 1, реакция быстро затухает,
Если k = 1, то реакция протекает с
постоянной интенсивностью (управляемая),
Если k >1, то реакция развивается лавинно
(неуправляемая) и приводит к ядерному
взрыву

12. Главное отличие ядерных реакций от химических:

Энергия, выделяющаяся в
ядерной реакции( для той же
массы вещества),может в
миллионы раз превосходить
энергию, выделяющуюся в
химических реакциях.

13. Сравнение ядерной энергии и тепловой

Деление 1кг урана
(3 спичечных коробка)
=
Сгорание каменного угля целого
железнодорожного состава
(50 вагонов)

14. 2.Энергия связи атомного ядра

15. Вспомните, каков состав ядра атома

16.

Энергия связи атомного ядра –
энергия, которая необходима
для полного расщепления ядра на
отдельные нуклоны
Есв = ΔM·c²
ΔM - дефект масс;
С-скорость света в вакууме

17. ΔM - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn ΔM= Z·mp + N·mn -

ΔM - дефект массразность масс покоя нуклонов,
составляющих ядро атома,
и массы целого ядра
Mя < Z·mp + N·mn
ΔM= Z·mp + N·mn - Mя
На 1 а.е.м. приходится
энергия связи = 931 МэВ

18.

Удельная энергия связиэнергия связи,
приходящаяся
на один нуклон ядра
Еуд =
Есв
А
Наиболее оптимальные способы
высвобождения внутренней энергии
ядер:
1. Максимальной
4.
У ядер-средней
Еуд
части
обладают
периодической
ядра, у которых
системы
деление
тяжелых
ядер;
3.
У
ядер
с
А<
40
Е
уд
скачкообразно
2.
У ядер
А
>
100
Е
уд 40
плавно
число
протоновс
имассовым
нейтронов
четное,
минимальной
– ядра,
Менделеева
с
числом
≤ А ≤ 100 Еуд
синтез
легких
ядер.
убывает
у которых
число протонов и нейтронов нечетное
максимальна
убывает

19. Правила написания ядерных реакций:

Закрепление:
Правила написания ядерных реакций:
В ядерных реакциях сохраняются общее
число нуклонов(массовое число) и
электрический заряд(зарядовое число),
т.е.
сумма верхних индексов в левой и правой частях
уравнения ядерной реакции одинакова(следствие
сохранения массового числа);
сумма нижних индексов в левой и правой частях
уравнения ядерной реакции одинакова(следствие
закона сохранения зарядового числа)

20. В записи ядерных реакций будем использовать следующие обозначения:

0
1
1
1
e
H
1
0
n
Электрон
Протон
Нейтрон

21.

Самостоятельная работа
Самостоятельная работа
Вариант 1
Вариант 2
I. Напишите уравнения следующих ядерных
реакций:
I. Напишите уравнения следующих ядерных
реакций:
1.алюминий (2713Al) захватывает нейтрон и
испускает α-частицу;
1.фосфор(3115Р) захватывает нейтрон и испускает
протон;
2.азот (147N) бомбардируется
2.алюминий (2713Al) бомбардируется протонами и
испускает α-частицу.
α-частицами и испускает протон.
II. Закончите уравнение ядерных реакций:
1.35
2.13
3.7
17Cl
6C
3Li
4.10
5.24
6.56
5B
+ 0n →
1
+
1 p
1
+
1 p
1
1 p
1
1.188О + 11p → 10n +
+
→
2.115B + 42He → 10n +
→2
3.147N + 42He → 178О +
4.126C + 10n → 94Be +
+ 2He → 0n +
4
12Mg
26Fe
1
+ 2He →
4
+ 0n →
1
II. Закончите уравнение ядерных реакций:
56
27
14Si
25Mn
+
+
5.2713Al + 42He → 3015Р +
6.2411Na → 2412Mg + 0-1е

22.

Домашнее задание:
У:
https://www.youtube.com/watch?v=wfzR
hhvUrJQ