Искусственное превращение атомных ядер

Тема №2/76

Тема №38: «Искусственное превращение атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Состав атомного ядра. Изотопы. Определение массы атомного ядра.»

Устный фронтальный опрос (см. урок №37)

Искусственное превращение атомных ядер.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ- это искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием с частицами ( протонами, нейтронами, альфа-частицами, гамма-частицами) или другими ядрами. Условие, когда протекание ядерной реакции становится возможным, когда ядро и частица (или другое ядро) сближаются на расстояния, при которых начинают действовать ядерные силы. Так как в реакцию могут вступать ядро и положительно заряженная частица (протон), то необходимо преодолеть возникающие между ними силы отталкивания. Это возможно при больших скоростях частиц. Такие скорости достигаются в ускорителях элементарных частиц. Как происходят ядерные реакции? Превращения ядер сопровождается изменением их внутренней энергии (энергии связи). Разность сумм энергии покоя ядер и частиц до реакции и после реакции называется энергетическим выходом ядерной реакции. Расчет энергетического выходаядерной реакции: - рассчитать сумму масс (m1) ядер и частиц до реакции; - рассчитать сумму масс ( m2) ядер ичастиц после реакции; - рассчитать изменение массы Δm = m2 – m1 - рассчитать энергетический выход реакции, т.е. изменение энергии равно произведению изменения массы на квадрат скорости света. ΔE = Δmc2При ядерных реакциях всегда выполняются законы сохранения массовых и зарядовых чисел. Выделение или поглощение энергии? Ядерная реакция может проходить с выделением энергии и с поглощением энергии. Изменение внутренней энергии частиц в результате ядерной реакции связано с изменением масс покоя частиц. Если сумма масс ядер и частиц (m1), вступающих в ядерную реакцию, меньше суммы масс ядер и частиц (m2), возникающих в результате реакции, то наблюдается поглощение энергии. Если сумма масс ядер и частиц (m1), вступающих в ядерную реакцию, больше суммы масс ядер и частиц (m2), возникающих в результате реакции, то наблюдается выделение энергии.

3 Закон радиоактивного распада. Период полураспада.

Резерфорд, исследуя превращения радиоактивных веществ, установил опытным путём, что их активность убывает с течением времени.

Для каждого радиоактивного вещества существует определённый интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название период полураспада.

Период полураспада Т - это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

Не следует считать, что за два периода полураспада распадутся все частицы, взятые в начальный момент. Поскольку каждый период полураспада уменьшает число выживших частиц вдвое, за время 2T останется четверть от начального числа частиц, за 3T- одна восьмая и т. д

Выведем теперь математическую форму закона радиоактивного распада. Пусть в момент времени t = 0 число радиоактивных атомов = N₀. Тогда по истечении периода полураспада Т нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

t = 0 ------------------------ N₀

t = T ---------------- N₀/2

через время 2T нераспавшимися останутся N₀/2 атомов

t = 2Т --------- N₀/2^.2 = N₀/2² и т. д.

Через время t = nT, т. е. n периодов полураспада Т, нераспавшихся атомов останется N₀/2ⁿ

T = nT ----- N₀/2ⁿ = N₀^.2 ^-t/T

N = N₀^.2 ^{- t/T} , где N - число нераспавшихся ядер

Это и есть основной закон радиоактивного распада. По этой формуле можно найти число нераспавшихся ядер в любой момент времени.

Период полураспада меняется в широких пределах от 10^-16с для ⁸Ве до 3,7^.10¹⁰ с для ⁸⁷Rb.

Период полураспада ²³⁸U равен 4,5 млрд. лет. Именно поэтому активность урана на протяжении нескольких лет заметно не меняется. Период полураспада радия 1600 лет. Поэтому активность радия значительно больше активности урана.

Физический смысл закона радиоактивного распада состоит в том, что за период полураспада распадается одна и та же доля имеющихся атомов. Значит, с течением времени скорость распада не меняется. Скорость распада ядер совершенно не зависит от того, сколько они «прожили». Это означает, что радиоактивный распад не является результатом накопления каких-то изменений в ядрах, ядра не «стареют». Если бы распад ядер был результатом постепенных изменений, то имело бы значение, на какой стадии «жизни» мы «застали» совокупность ядер. Например, если в лесу выделить группу «молодых» деревьев и столько же «старых», то ясно, что в последней группе погибающих деревьев было бы больше, чем в первом, - скорость убывания была бы различной. Для ядер не существует «возраста». Можно определить лишь среднее время жизни. Вероятность распада одинакова для всех ядер данного сорта.

Закон радиоактивного распада определяет среднее число ядер атомов, распадающихся за определённый интервал времени. Но всегда есть отклонения от среднего значения. Закон радиоактивного распада является статистическим законом.

Рисунок 6.7.4. Закон радиоактивного распада

Поиск по сайту: