Transcript Способи вивільнення ядерної енергії

1. Вивчити різні типи ядерних реакцій.
2. Навчитися складати рівняння ядерних реакцій та
доповнювати їх.
3. З’ясувати що означає енергетичний вихід ядерних реакцій та
навчитися його обчислювати.
4. Дізнатися про можливості та способи використання
ядерної енергії.
1.
2.
3.
4.
Реакції під дією заряджених частинок
Реакції на нейтронах
Термоядерні реакції
Реакції поділу
𝟏𝟒
𝟕𝑵
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
Ернест Резерфорд
(1871 – 1937)
→
𝟏𝟖
𝟗𝑭
→
𝟏𝟕
𝟖𝑶
+
𝟏
𝟏𝑯
𝟗
𝟒𝑩𝒆
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
→
𝟏𝟐
𝟔𝑪
• Джон Чедвік (учень Резерфорда) у
1932 р. спостерігав у камері Вільсона
треки ядер азоту, які зазнавали зіткнення
з берилієвим промінням.
• За його оцінкою енергія γ-квантів
повинна була становити 90 МеВ. Подібні
досліди з ядрами аргону дали число
150 МеВ.
+
𝟏
𝟎𝒏
Джон Чедвік
(1920-1998)
α- частинки
протони
берилій
свинець
• Ірен та Фредерік Жоліо-Кюрі за
допомогою камери Вільсона виявили
протони і оцінили їх енергію.
• Якщо протони прискорювалися за
рахунок зіткнення з γ-квантами, то
їх енергія повинна бути близько
55 МеВ.
парафін
Ірен
Жоліо-Кюрі
(1897-1956)
Фредерік
Жоліо-Кюрі
(1900-1958)
𝟏
𝟎𝒏
→
𝟏
𝟏𝒑
𝟎
+ −𝟏𝒆
+ 𝝂𝒆
•Існування нейтрона передбачив Резерфорд ще за 10 років до
дослідів Чедвіка.
• Нейтрон – частинка нестабільна.
• У вільному стані він розпадається за час τ = 885,7(8)с на
протон, електрон і антинейтрино – частинку, надзвичайно
великої проникної здатності, що не має маси спокою.
𝟕
𝟑𝑳𝒊
+
𝟏
𝟏𝑯
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
∆𝑬 = (𝟕, 𝟎𝟏𝟔𝟎𝟏 + 𝟏, 𝟎𝟎𝟕𝟖𝟑 − 𝟒, 𝟎𝟎𝟐𝟔𝟎 −
−𝟒, 𝟎𝟎𝟐𝟔𝟎) ∙ 𝟗𝟑𝟏, 𝟓 = 𝟏𝟕, 𝟑𝟔 𝑴𝒆𝑩
МеВ
∆𝐄 = а. о. м.∙
= МеВ
а. о. м.
𝟐𝟕
𝟏𝟑𝑨𝒍
+
𝟏
𝟎𝒏
→
𝟐𝟒
𝟏𝟏𝑵𝒂
• Оскільки нейтрони не мають заряду, то вони без
перешкод проникають в атомні ядра.
• Великий італійський фізик Енріко Фермі
першим почав вивчати реакції, спричинені
нейтронами.
• Він виявив, що ядерні реакції зумовлюються не
тільки швидкими нейтронами з енергією понад
1 МеВ, але й повільними.
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
𝟐
𝟏𝑯
+
𝟑
𝟏𝑯
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+
𝟏
𝟎𝒏
Реакції злиття легких ядер при високих температурах, які
супроводжуються
виділенням
енергії
називаються
термоядерними реакціями.
𝟐
𝟏𝑯
𝟏
𝟏𝑯
𝟐
𝟏𝑯
𝟐
𝟏𝑯
𝟔
𝟑𝑳𝒊
𝟕
𝟑𝑳𝒊
+
𝟐
𝟏𝑯
+
𝟑
𝟏𝑯
+
𝟑
𝟏𝑯
+
𝟑
𝟐𝑯𝒆
+
𝟐
𝟏𝑯
+
𝟏
𝟏𝑯
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+ 𝜸 + 𝟐𝟑, 𝟖𝟓𝑴𝒆𝑩
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+ 𝜸 + 𝟏𝟗, 𝟖𝟐𝑴𝒆𝑩
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
→
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+
𝟏
𝟎𝒏
+ 𝟏𝟕, 𝟔𝑴𝒆𝑩
+
𝟏
𝟏𝑯
+ 𝟏𝟖, 𝟑𝟓𝑴𝒆𝑩
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+ 𝟐𝟐, 𝟑𝟕𝑴𝒆𝑩
+
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+ 𝟏𝟕, 𝟑𝟔𝑴𝒆𝑩
137Te
235U
n
𝜷
137I
𝜷
137Xe
𝜷
137Cs
𝜷
n
+𝟐𝟎𝟎𝑴𝒆𝑩 (𝑬𝒌 = 𝟏𝟔𝟖𝑴𝒆𝑩)
n
96Zr
𝜷
96Nb
𝜷
96Mo
137Ba
𝟏𝟒𝟒
𝟖𝟗
𝑩𝒂
+
𝑲𝒓
𝟑𝟔
𝟓𝟔
𝟐𝟑𝟓
𝟏
𝑼
+
𝒏
𝟎
𝟗𝟐
𝟏𝟒𝟎
𝟓𝟒𝑿𝒆
+
𝟗𝟒
𝟑𝟖𝑺𝒓
+
𝟏
𝟑 𝟎𝒏
+
𝟏
𝟐 𝟎𝒏
1. Які відомі вам закони збереження справджуються під час
ядерних реакцій?
2. Які типи ядерних реакцій вам відомі?
3. Доповніть ядерні реакції.
𝟏𝟗
𝟗𝑭
+
𝟐𝟑
𝟏𝟏𝑵𝒂
𝟐𝟕
𝟏𝟑𝑨𝒍
𝟒
𝟐𝑯𝒆
+
+
𝟐𝟑?
𝟐𝟐?
𝟏
? → 𝟏𝟎?𝑵𝒆
→ 𝟏𝟏?𝑵𝒂
? + 𝟏𝑯
𝟒
𝟐𝑯𝒆
𝟒
𝟐𝑯𝒆
𝟏
𝟐𝟕?
𝟐𝟔 ?
? →𝟏𝟐𝑴𝒈
→𝟏𝟑?𝑨𝒍
?? + 𝟏𝑯
→
𝟑𝟏?
𝟏𝟓??𝑷
→
𝟑𝟎?
𝟏
𝑺𝒊 + 𝟏𝑯
𝟏𝟒??
4. Після захоплення нейтрона ядро атома 𝟐𝟑𝟖
𝟗𝟐𝑼 випромінило
електрон. Ядро якого атома утворилося?
А
𝟐𝟑𝟗
𝟗𝟐𝑼
Б
𝟐𝟑𝟗
𝟗𝟑𝑵𝒑
В
𝟐𝟑𝟗
𝟗𝟏𝑷𝒂
Г
𝟐𝟑𝟗
𝟗𝟎𝑻𝒉
5. Радіоактивний ізотоп Карбону утворюється в атмосфері з
Нітрогену. Яке рівняння реакції описує це перетворення?
𝟒
𝟏𝟒
𝟕
𝟏𝟒
𝟕𝑵 + 𝟐𝑯𝒆 → 𝟔𝑪 + 𝟑𝑳𝒊
𝟏
𝟏𝟒
𝟏
𝟏𝟒
𝟕𝑵 + 𝟎𝒏 → 𝟔𝑪 + 𝟏𝑯
Виділилося
9, 31 МеВ
A
Виділилося
9•1016 Дж
Б
𝟎
𝟏𝟒
𝟎
𝟏𝟒
𝟕𝑵 + 𝟎𝑯𝒆 + 𝟔𝑪 + 𝟏𝒏
𝟏
𝟏𝟒
𝟏
𝟏𝟒
𝟕𝑵 + 𝟏𝑯 + 𝟔𝑪 + 𝟎𝒏
Б
Г
В
A
6. Під час ядерної реакції маса частинок, що взаємодіяли,
збільшилася на 0,01 а.о.м. Обчисліть енергетичний вихід
ядерної реакції.
Було поглинуто Було поглинуто
9, 31 МеВ
9•1016 Дж
В
Г
1. Вивчити § 54(4, 5, 6), § 56(4, 5) за підручником
В. Г. Бар’яхтар, Ф. Я. Божинова, Фізика 11 клас
(академічний рівень).
2. Розв'язати задачі. Вправа 39 (1), вправа 40 (3, 5).
3. Творче завдання. Підготувати повідомлення
(реферати, презентації) на такі теми:
«Термоядерні процеси на Сонці»,
«ТОКАМАК. Будова, принцип дії та проблеми».
Ядерні реакції – це зміна атомних ядер у результаті їх
взаємодії з елементарними частинками і між собою.
Штучні ядерні реакції поділяють на 4 типи: під дією
заряджених частинок, на нейтронах, термоядерні та поділу.
Енергетичним виходом ядерної реакції називається різниця
енергій спокою ядер і частинок до реакції і після реакції.
Під час ядерних реакцій справджуються класичні закони
збереження.
Реакції відбуваються з виділенням або поглинанням енергії.
Практичне застосування можуть мати реакції з великим
енергетичним виходом – реакції поділу та термоядерні.
Керована термоядерна реакція є перспективним джерелом
енергії, але завдання по її створенню ще не вдалося розв’язати.