ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

СТРОЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР

Пример 1. Водород обогащен дейтерием. Определить массовые доли w1 протия и w2 дейтерия, если относительная атомная масса аr такого водорода оказалась равной 1,122.

Пример 2. Определить отношение сечений s1/s2 ядер висмута 20983Bi и алюминия 2713А1.

Пример 3. Ядро нептуния 23493Np захватило электрон из K-обо­лочки атома (K-захват) и испустило α-частицу. Ядро какого эле­мента получилось в результате этих превращений?

РАДИОАКТИВНОСТЬ

Пример 1. Определить начальную активность А0 радиоактив­ного магния 27Mg массой m=0,2 мкг, а также активность А по исте­чении времени t=1 ч. Предполагается, что все атомы изотопа ра­диоактивны.

Пример 2. При определении периода полураспада T1/2 короткоживущего радиоактивного изотопа использован счетчик импульсов. За время ∆t = 1 мин в начале наблюдения (t=0) было насчитано ∆n1=250 импульсов, а по истечении времени t=1 ч—∆n2=92 импуль­са. Определить постоянную радиоактивного распада λ и период полураспада T1/2 изотопа.

Пример 1. Вычислить толщину слоя половинного ослабления x1/2 параллельного пучка γ-излучения для воды, если линейный ко­эффициент ослабления m = 0,047 см-1.

Пример 2. Точечный радиоактивный источник 60Со находится в центре свинцового сферического контейнера с толщиной стенок x =1см и наружным радиусом R=20 см. Определить максимальную активность Amах источника, который можно хранить в контейнере, если допустимая плотность потока Iдопγ-фотонов выходе из контейнера равна 8*106 с-1м-2. Принять, что при каждом акте распада ядра 60Со испускается п=2 γ-фотона, средняя энергия ко­торых (ε)=1,25 МэВ.

Пример 3. Космическое излучение на уровне моря на экваторе образует в воздухе объемом V=1см3 в среднем N=24 пары ионов за время t1=10с. Определить экспозиционную дозу X, получаемую человеком за время t2 = 1 год.

ДЕФЕКТ МАССЫ И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ АТОМНЫХ ЯДЕР

Пример 1. Вычислить дефект массы ∆m и энергию связи Eсв ядра 115В.

Пример 2. Определить удельную энергию связи ядра 73Li.

Пример 3. Определить энергию Е, которую нужно затратить для отрыва нейтрона от ядра 2311Na.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Пример 1. Найти энергию реакции 94Be + 11H -> 42He + 63Li

Пример 2. Решить задачу предыдущего примера, считая, что кинетические энергии и направления движения ядер неизвестны.

Пример 3. Радиоактивное ядро магния 23Mg выбросило позитрон и нейтрино. Определить энергию Q β+ -распада ядра.

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ

Основные теоретические сведения

Ядерной реакцией называется процесс, идущий при столкновении ядра или элементарной частицы с другим ядром, в результате которого меняется нуклонный состав исходного ядра, а также появляются новые частицы среди продуктов реакции. При записи ядерной реакции слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных про­дуктов. Например,

Эту же реакцию можно записать в более короткой символической форме

При рассмотрении ядерных реакций используются точные зако­ны сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и другие. Если в качестве элементарных частиц в ядерной реакции фигурируют только нейтроны, протоны и γ - кванты, то в процессе реакции сохраняется и число нуклонов. Тогда должны соблюдаться баланс нейтронов и баланс протонов в начальном и конечном состояниях. Для реакции  получаем:

число протонов 3 + 1 = 0 + 4;

число нейтронов 4 + 0 = 1 + 3.

Пользуясь этим правилом можно идентифицировать одного из участников реакции, зная остальных. Достаточно частыми участниками ядерных реакций являются α – частицы ( - ядра гелия), дейтроны ( - ядра тяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона по одному нейтрону) и тритоны ( - ядра сверхтяжелого изотопа водорода, содержащие кроме протона два нейтрона).

 Разность энергий покоя начальных и конечных частиц определяет энергию реакции. Она мо­жет быть как больше нуля, так и меньше нуля. В более полной фор­ме рассмотренная выше реакция записывается так:

где Q – энергия реакции. Для ее расчета с помощью таблицы свойств ядер сравнивают разность суммарной массы исходных участников реакции и суммарной массы продуктов реакции. Затем полученная разность масс (обычно выраженную в а.е.м.) пересчитывается в энергетические единицы (1 а.е.м. соответствует 931,5 МэВ).

Литература.

Савельев И.В. Курс общей физики. Учебн. пособие. В 5 кн. Кн.5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.: Наука. 1998. Гл.10.

Трофимова Т.И. Курс физики. Учебн. пособие. –М.: Высш. шк. 1990. Гл. 32.

Таблица 4. Массы некоторых нуклидов

Z

Нуклид

Масса, а.е.м.

Z

Нуклид

Масса, а.е.м.

n

1,00867

6

12,00000

1

1,00783

6

13,00335

1

2,01410

6

14,00324

1

3,01605

7

13,00574

2

3,01603

7

14,00307

2

4,00260

7

15,00011

3

6,01513

8

15,00307

3

7,01601

8

15,99491

4

7,01693

8

16.99913

4

8,00531

8

17,99916

4

9,01219

9

18,00095

5

9,01333

9

18,99840

5

10,01294

9

19,99998

5

11,00931

10

19.99244

Основы физики и электротехники. Лекции, курсовые, задачи, учебники