Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання

Ядерні реакції

Закони збереження в ядерних реакціях

1. Визначити порядковий номер Z і масове число А частинки, позначеною буквою х, в символічному записі ядерної реакції:

.

2. Те саме, для ядерної реакції .

3. Визначити енергію ядерних реакцій:

l) ; 2) ; 3) ; 4) ; 5)

Звільняється чи поглинається енергія в кожній із вказаних реакцій?

4. Знайти енергію Q ядерних реакцій:

1) ; 2) ; 3) 4) .

5. При зіткненні γ-фотона з дейтроном, останній може розщепитися на два нуклони. Написати рівняння ядерної реакції і визначити мінімальну енергію γ-фотона, здатного викликати таке розщеплювання.

6. Визначити енергію Q ядерної реакції , якщо відомо, що енергія зв'язку Е_св ядра ⁹Ве дорівнює 58,16 МеВ, а ядра ¹⁰Ве – 64,98 МеВ.

7. Знайти енергію Q ядерної реакції , якщо енергія зв'язку Е_зв ядра ¹⁴N дорівнює 104,66 МеВ, а ядра ¹⁴С – 105,29 МеВ.

8. Визначити сумарну кінетичну енергію Т ядер, що утворилися в результаті реакції , якщо кінетична енергія Т₁ дейтрона дорівнює 1,5 МеВ. Ядро-мішень ¹³С вважати нерухомим.

9. При ядерній реакції звільняється енергія Q = 5,70 МеВ. Нехтуючи кінетичними енергіями ядер берилію і гелію і вважаючи, що їх сумарний імпульс дорівнює нулю, визначити кінетичні енергії Т₁ та Т₂ продуктів реакції.

10. Нехтуючи кінетичними енергіями ядер дейтерію і вважаючи, що їх сумарний імпульс дорівнює нулю, визначити кінетичні енергії Т₁ і Т₂ та імпульси р₁ і р₂ продуктів реакції:

.

11. При реакції звільняється енергія Q = 5,028 МеВ. Визначити масу .

12. При реакції звільняється енергія Q = 4,033 МеВ. Визначити масу m атома .

13. При ядерній реакції звільняється енергія Q = 18,34 МеВ. Визначити відносну атомну масу А_r ізотопу гелію .

Реакція ділення

14. Визначити кінетичну енергію Т і швидкість u теплового нейт­рона при температурі навколишнього середовища, що дорівнює 27°С.

15. Знайти відношення швидкості u₁ нейтрона після зіткнення його з ядром вуглецю до початкової швидкості v₁ нейтрона. Знайти таке ж відношення кінетичних енергій нейтрона. Вважати, що ядро вуглецю до зіткнення було у стані спокою; зіткнення – прямим, центральним, пружним.

16. Ядро урану , захопивши один нейтрон, розділилося на два уламки, причому звільнилися два нейтрони. Одним з уламків виявилося ядро Ксенону . Визначити порядковий номер Z і масове число А другого уламка.

17. При діленні одного ядра урану-235 виділяється енергія Q = 200 МеВ. Яку частку енергії спокою ядра урану-235 складає енергія, що виділилася?

18. Визначити енергію Е, яка звільниться при діленні всіх ядер, що містяться в урані-235 масою m = 1 г.

19. Скільки ядер урану-235 повинно ділитися за час t = 1 с, щоб теплова потужність Р ядерного реактора дорівнювала 1 Вт?

20. Визначити масову витрату ядерного пального ²³⁵U в ядерному реакторі атомної електростанції. Теплова потужність Р електростанції дорівнює 10 МВт. Вважати, що енергія , яка виділяється при одному акті ділення, дорівнює 200 МеВ. ККД електростанції складає 20%.

21. Знайти електричну потужність Р атомної електростанції, що витрачає 0,1 кг урану-235 за добу, якщо ККД електростанції становить 16%.

ПЕРЕЛІК КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ

ТРЕТЬОГО ЗМІСТОВОГО МОДУЛЯ

Необхідно зрозуміти:

1. Ядерні реакції відбуваються тільки між збудженими атомами.

2. Можуть відбуватися тільки такі ядерні реакції, при яких вико­нуються всі закони збереження.

3. Кожна елементарна частинка має свого «двійника» – античастинку. Основна відмінність між ними – різні знаки електричного заряду.

4. Елементарні частинки підпорядковані як точним, так і наближеним законам збереження. До наближених належать закони збереження парності, ізотопного спіна, дивності. Елементарні частинки описуються додатковими квантовими числами.

5. Елементарні частинки складаються з кварків.

Слід запам'ятати:

1. Ядерною реакцією називається перетворення одних ядер на інші. Ядерні реакції пояснюються фундаментальною особливістю елементарних частинок – їхньою взаємною перетворюваністю.

2. Елементарними називаються квантові частинки, розміри яких дорівнюють або менші від розмірів ядер. Існують стабільні і нестабільні частинки.

3. Стабільні частинки – фотон, електрон, протон, нейтрино.

4. Особливості кварків: не існує вільних кварків; вони мають дробовий електричний і баріонний заряди; існують і антикварки; усього існує шість видів кварків.

5. Взаємодія кварків – сильна. Носій взаємодії – глюон.

6. Між двома будь-якими нуклонами діють короткодіючі сили притягання. Це сильна взаємодія, зумовлена обміном -мезонами.

7. Питома енергія зв'язку для більшості ядер однакова.

Треба вміти:

1. Визначити енергію ядерної реакції. Записати найпростіші ядерні реакції.

2. Показати перетворення нуклонів.

3. Довести закон радіоактивного розпаду. Сформулювати умову поділу ядра.

4. Дати визначення періоду піврозпаду.

5. Дати визначення реакцій поділу і термоядерних реакцій. Навести приклади, області застосування.

6. Назвати проблеми, які існують при відтворенні керованих термоядерних реакцій, і шляхи їх подолання.

7. Дати визначення адронам, баріонам, мезонам, лептонам.

8. Охарактеризувати види взаємодій, в яких беруть участь елементарні частинки.

9. Визначати квантові числа, які описують стан елементарних частинок.

Питання для самоконтролю третього змістового модуля

Банк завдань до третього змістового модуля