Решу егэ физика атомного ядра - Помощь в подготовке к экзаменам и поступлению

Каталог заданий.
Ядерная физика

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Задания Д32 C3 № 3035

-мезон массой распадается на два -кванта. Найдите модуль импульса одного из образовавшихся -квантов в системе отсчета, где первичный -мезон покоится.

Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: 5.1.2 Фотоны. Энергия фотона. Импульс фотона

Решение

Сообщить об ошибке · Помощь

Задания Д32 C3 № 3050

Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при синтезе 1 кг гелия из изотопов водорода  — дейтерия и трития:

Массы атомных ядер

Атомный номер	Название элемента	Символ изотопа	Масса атомного ядра изотопа
1	водород
1	водород
1	водород
2	гелий
2	гелий
13	алюминий
15	фосфор
—	нейтрон

Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: 5.3.2 Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы, 5.3.6 Ядерные реакции. Деление и синтез ядер

Решение

1 комментарий · Сообщить об ошибке · Помощь

Задания Д32 C3 № 3051

Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при осуществлении ядерной реакции:

Массы атомных ядер

Атомный номер	Название элемента	Символ изотопа	Масса атомного ядра изотопа
—	нейтрон
1	водород
1	водород
1	водород
2	гелий
2	гелий
13	алюминий
15	фосфор

Решение

Сообщить об ошибке · Помощь

Задания Д32 C3 № 3052

Определите, ядро какого изотопа X освобождается при осуществлении ядерной реакции:

Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при осуществлении этой ядерной реакции.

Атомный номер	Название элемента	Символ изотопа	Масса атомного ядра изотопа
1	водород
1	водород
1	водород
2	гелий
2	гелий
13	алюминий
15	фосфор

Решение

Сообщить об ошибке · Помощь

Задания Д32 C3 № 3053

Определите, какая частица X образуется при осуществлении ядерной реакции: Используя таблицу масс атомных ядер, вычислите энергию, освобождающуюся при осуществлении этой ядерной реакции.

Массы атомных ядер

Атомный номер	Название элемента	Символ изотопа	Масса атомного ядра изотопа
1	водород
1	водород
1	водород
2	гелий
2	гелий
13	алюминий
15	фосфор

Решение

Сообщить об ошибке · Помощь

Пройти тестирование по этим заданиям

Источник

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 327 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

Ядро некоторого химического элемента А содержит n протонов и n + 1 нейтронов. Ядро некоторого химического элемента В содержит n + 1 протонов и n – 1 нейтронов.

Установите соответствие между ядрами этих химических элементов и их изотопами, перечисленными в таблице. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ИХ ИЗОТОПЫ

1)  ядро с числом протонов n и числом нуклонов 2n

2)  ядро с числом протонов 2n и числом нуклонов 2n + 1

3)  ядро с числом протонов n + 1 и числом нуклонов 2n – 1

4)  ядро с числом протонов n – 1 и числом нуклонов 2n

Радиоактивное ядро испытало -распад. Как изменились в результате этого число нуклонов в ядре, заряд ядра и число протонов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличилась;

2)  уменьшилась;

3)  не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число нуклонов в ядре	Заряд ядра	Число протонов в ядре

Радиоактивное ядро испытало -распад. Как изменились в результате этого массовое число и заряд радиоактивного ядра, а также число нейтронов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличилась;

2)  уменьшилась;

3)  не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число	Заряд ядра	Число нейтронов в ядре

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов из электронной оболочки атома. Как изменяются масса ядра и число протонов в ядре при захвате ядром электрона?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Масса ядра	Число протонов в ядре

Установите соответствие между видами радиоактивного распада и изменениями зарядовых и массовых чисел распадающегося атомного ядра. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВИД РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА

А)  α-распад

Б)  электронный β-распад

ИЗМЕНЕНИЕ ЗАРЯДОВОГО И МАССОВОГО ЧИСЛА РАСПАДАЮЩЕГОСЯ АТОМНОГО ЯДРА

1)  Зарядовое число уменьшается на 2,

массовое число уменьшается на 4

2)  Зарядовое число увеличивается на 4,

массовое число увеличивается на 2

3)  Зарядовое число увеличивается на 1,

массовое число не изменяется

4)  Зарядовое число уменьшается на 1,

массовое число не изменяется

Как изменяются при -распаде ядра следующие три его характеристики: число протонов, число нейтронов, заряд ядра?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится;

2)  уменьшится;

3)  не изменится.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Число протонов	Число нейтронов	Заряд ядра

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов. Как при захвате электрона изменяются массовое число атомного ядра и число нейтронов в ядре?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличивается;

2)  уменьшается;

3)  не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра	Число нейтронов в ядре

Источник: ЕГЭ по физике. Вариант 114

Для некоторых атомов характерной особенностью является возможность захвата атомным ядром одного из ближайших к нему электронов из электронной оболочки атома. Как изменятся заряд ядра и число нуклонов в ядре при захвате электрона ядром?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Заряд ядра	Число нуклонов в ядре

Во сколько раз число протонов в ядре изотопа плутония превышает число нуклонов в ядре изотопа ванадия ?

Источник: Яндекс: Тренировочная работа ЕГЭ по физике. Вариант 1.

В результате реакции синтеза ядра дейтерия с ядром образуется ядро бора и нейтрон в соответствии с реакцией:

Каковы массовое число X и заряд Y (в единицах элементарного заряда) ядра, вступившего в реакцию с дейтерием?

X	Y

Ядро атома претерпело радиоактивный электронный β-распад. Как в результате этого изменялись электрический заряд ядра и количество нейтронов в нём?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличилась;

2)  уменьшилась;

3)  не изменилась.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Электрический заряд ядра	Количество нейтронов в ядре

В результате серии радиоактивных распадов ядро тория превращается в ядро радия . На сколько отличается количество протонов и нейтронов в этих ядрах тория и радия?

Разность числа протонов	Разность числа нейтронов

Ядро бора может захватить нейтрон, в результате чего происходит ядерная реакция с образованием ядра химического элемента Каковы заряд образовавшегося ядра Z (в единицах элементарного заряда) и его массовое число A?

Заряд ядра Z	Массовое число ядра A

Источник: ЕГЭ по физике. Вариант 114

В результате ядерной реакции ядро некоторого атома захватило быстрый нейтрон. Как изменятся заряд ядра и его массовое число при захвате нейтрона ядром? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Заряд ядра	Массовое число ядра

В результате бомбардировки ядра X некоторого атома нейтронами в результате ядерной реакции получается ядро Y другого атома. Установите характер изменения массового числа и зарядового числа атома в результате такой реакции.

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра	Зарядовое число ядра

Электронная оболочка электрически нейтрального атома криптона содержит 36 электронов. Сколько нейтронов содержится в ядрах изотопов криптона−78 и криптона−86?

В ответе запишите только числа, не разделяя их пробелом или другим знаком.

Число нейтронов в ядре

криптона−78

Число нейтронов в ядре

криптона−86

Как изменятся при β⁻-распаде массовое число ядра и его заряд?

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра	Заряд ядра

Источник: ЕГЭ по физике 2017. Досрочная волна. Вариант 101

Атомные ядра с одинаковым массовым числом, но разным количеством протонов и нейтронов, принято называть изобарами. Примером изобар могут служить ядро хрома и ядро одного из изотопов железа _26Fe. Сколько нейтронов содержится в указанном ядре железа?

Ядро может испытывать двойной бета-распад, при котором образуются два электрона, два антинейтрино и дочернее ядро (продукт распада). Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в дочернем ядре?

Число протонов	Число нейтронов

В ответе запишите число протонов и нейтронов слитно без пробела.

Сколько электронов вращается вокруг ядра атома

Всего: 327 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Источник

Всего: 72 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–72

Добавить в вариант

Задания Д32 C3 № 3050

Задания Д32 C3 № 3051

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличивается;

2)  уменьшается;

3)  не изменяется.

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Массовое число ядра	Число нейтронов в ядре

Источник: ЕГЭ по физике. Вариант 114

Установите соответствие между определением физической величины и названием величины, к которому оно относится.

К каждому элементу левого столбца подберите соответствующий элемент из правого и внесите в строку ответов выбранные цифры под соответствующими буквами.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ

А)  Величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия частиц (тел) с другими частицами (телами).

Б)  Величина, определяющая скорость радиоактивного распада.

НАЗВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ

1)  Энергия связи

2)  Электрический заряд

3)  Коэффициент размножения нейтронов

4)  Период полураспада

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

1)  увеличится

2)  уменьшится

3)  не изменится

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Масса ядра	Число протонов в ядре

В настоящее время принято считать, что одним из источников энергии Солнца служит так называемый углеродный цикл синтеза гелия Этот цикл начинается с ядра углерода В результате нескольких последовательных поглощений ядром протонов и испускания позитронов (при этом образуются ядра промежуточных элементов, а также нейтрино и гамма-кванты) вновь образуется прежнее ядро и синтезируется ядро гелия

Сколько протонов поглощается и сколько позитронов испускается в ходе такого углеродного цикла? В ответе запишите число протонов и позитронов без пробелов и запятых.

Число поглощаемых протонов, х	Число испускаемых позитронов, у

Установите соответствие между видами радиоактивного распада и уравнениями, описывающими этот процесс. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВИДЫ РАСПАДА

А)  электронный бета-распад

Б)  альфа-распад

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Источник: ЕГЭ по физике 2020. Досрочная волна. Вариант 2

В результате ядерной реакции ядро X превращается в ядро Y. Установите соответствие между ядерной реакцией и изменениями в этой реакции зарядового и массового числа ядра Y по сравнению с ядром X. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ

А)  

Б)  

ИЗМЕНЕНИЕ ЗАРЯДОВОГО И МАССОВОГО ЧИСЛА ЯДРА Y ПО СРАВНЕНИЮ С ЯДРОМ Х

1)  зарядовое число увеличивается на 1, массовое число увеличивается на 3

2)  зарядовое число уменьшается на 3, массовое число уменьшается на 2

3)  зарядовое число увеличивается на 2, массовое число увеличивается на 3

4)  зарядовое число увеличивается на 2, массовое число увеличивается на 1

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Ядро изотопа тория претерпевает ряд α-распадов и электронных β-распадов. В результате этого образуется ядро изотопа свинца . Установите соответствие между указанными в таблице физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А)  число распадов

Б)  число распадов

ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ

ВЕЛИЧИНЫ

Ядро изотопа тория претерпевает ряд α-распадов и электронных β-распадов. В результате этого образуется ядро изотопа висмута . Установите соответствие между указанными в таблице физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А)  число распадов

Б)  число распадов

ЗНАЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ

ВЕЛИЧИНЫ

При бомбардировке изотопа бора нейтронами образуются α-частица и ядро лития. Чему равно число протонов и число нейтронов в составе ядра образующегося элемента? В ответе запишите число протонов и нейтронов без пробелов и запятых.

Число протонов	Число нейтронов

В результате реакции синтеза ядра дейтерия с ядром образуется ядро бора и нейтрон: Определите массовое число и зарядовое число ядра

Массовое число A	Зарядовое число Z

Источник: ЕГЭ по физике 2021. Досрочная волна. Вариант 1

Из ядер платины при   — распаде с периодом полураспада 20 часов образуются стабильные ядра золота. В момент начала наблюдения в образце содержится ядер платины. Через какую из точек, кроме начала координат, пройдет график зависимости числа ядер золота от времени (см. рис.)?

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ−2019 по физике

Задания Д10 B19 № 2140

При высоких температурах возможен синтез ядер гелия из ядер изотопов водорода:

Какая частица X освобождается при осуществлении такой реакции?

1)  нейтрон

2)  нейтрино

3)  протон

4)  электрон

Большое число N радиоактивных ядер распадается, образуя стабильные дочерние ядра Период полураспада равен 6,9 суток. Какое количество исходных ядер останется через 20,7 суток, а дочерних появится за 27,6 суток после начала наблюдений?

Установите соответствие между величинами и их значениями. К каждой позиции из первого столбца подберите соответствующую позицию из второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ВЕЛИЧИНЫ

А)  количество ядер через 20,7 суток

Б)  количество ядер через 27,6 суток

Источник: ЕГЭ по физике 06.06.2013. Основная волна. Центр. Вариант 4.

Большое количество N радиоактивных ядер распадается, образуя стабильные дочерние ядра Период полураспада равен 46,6 суток. Какое количество исходных ядер останется через 139,8 суток, а дочерних появится за 93,2 суток после начала наблюдений?

ВЕЛИЧИНЫ

А)  количество ядер через 139,8 суток

Б)   количество ядер через 93,2 суток

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2014 по физике.

В результате ядерной реакции изотоп полония распадается на изотоп свинца и –частицу: Период полураспада этого изотопа полония равен T  =  140 дней. Пусть в момент времени t₀  =  0 число ядер полония в пробирке было равно N₀. Установите соответствие между физическими величинами, указанными в таблице, и формулами, при помощи которых их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А)  число ядер полония в пробирке в момент времени t = 3T

Б)  разность числа ядер гелия и числа ядер полония в пробирке в момент времени t = 2T

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА

А)  число ядер свинца в пробирке в момент времени t = 2T

Б)  разность числа ядер гелия и числа ядер свинца в пробирке в момент времени t = 3T

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

Всего: 72 1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–72

Источник

Физика атомного ядра

Содержание

Радиоактивность. Альфа-распад. Бета-распад. Гамма-излучение
Закон радиоактивного распада
Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра
Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы
Ядерные реакции. Деление и синтез ядер
Основные формулы по теме «Физика атомного ядра»

Радиоактивность. Альфа-распад. Бета-распад. Гамма-излучение

Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений.

Виды радиоактивности:

естественная радиоактивность – это радиоактивность, которая наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе и имеющих в таблице Менделеева порядковый номер больше 83;
искусственная радиоактивность – это радиоактивность, которая наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций в лабораторных условиях.

Явление естественной радиоактивности открыл в 1896 году французский физик А. Беккерель. Проводя опыты с солями урана, он заметил, что они самопроизвольно испускают лучи неизвестной природы, которые проходят через бумагу, дерево, металлические пластины и делают воздух проводником электричества.

Радиоактивность данного химического элемента не зависит от того, является ли химический элемент чистым или входит в состав какоголибо химического соединения. Радиоактивность не зависит от внешних условий: температуры, освещения, давления. Это означает, что радиоактивность представляет собой внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента.

Виды радиоактивных излучений

Излучение радиоактивных веществ имеет сложный характер и состоит из трех видов излучений. Если радиоактивное излучение пропустить через электрическое и магнитное поля, то оно распадается на три части, две из них отклоняются в противоположные стороны, а третий не отклоняется.

( alpha )-излучение представляет собой ядра атомов гелия ( {}^4_2He ), движущиеся со скоростью 10⁷ м/с, несет положительный заряд;
( beta )-излучение представляет собой поток быстрых электронов, движущихся со скоростями, близкими к скорости света, несет отрицательный заряд;
( gamma )-излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 10^-12 м, заряда не имеет.

При одинаковой энергии частиц разные виды излучений неодинаково взаимодействуют с веществом.

Вследствие сильного ионизирующего действия глубина проникновения ( alpha )-частиц в твердых телах обычно очень мала. ( beta )-частицы менее эффективно взаимодействуют с атомами вещества, поэтому их проникающая способность больше, чем у ( alpha )-частиц. ( gamma )-кванты взаимодействуют с электронными оболочками атомов и имеют самую большую проникающую способность. Для защиты от ( gamma )-излучения необходимы защитные стены или оболочки толщиной несколько десятков сантиметров или даже метров.

Радиоактивный распад – самопроизвольный распад атомов радиоактивного вещества, в результате которого ядра одних химических элементов превращаются в ядра других химических элементов.

Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием ( alpha )- и ( beta )-частиц, называются соответственно ( alpha )— и ( beta )-распадом. Термина «( gamma )-распад» не существует, так как ( alpha )— и ( beta )-распад сопровождаются γ-излучением.

Распадающееся ядро Х называется материнским ядром, ядро продукта распада Y – дочерним ядром.

Правила радиоактивного смещения

Это правила, позволяющие установить, какое ядро возникает в результате распада данного материнского ядра.

( alpha )-распад:

Если при радиоактивном превращении испускаются ( alpha )-частицы, то в результате такого превращения образуется ядро элемента, находящегося в таблице Менделеева на две клетки раньше исходного ядра плюс ядро атома гелия ( {}^4_2He ) (или ( alpha )-частица):

( beta )-распад.

Если при радиоактивном превращении испускаются ( beta )-частицы, то в результате такого превращения образуется ядро элемента, находящегося в таблице Менделеева:

– при ( beta^- )-распаде в следующей после исходного ядра клетке плюс электрон и антинейтрино (частица, не имеющая заряда и масса покоя которой равна нулю):

– при ( beta^+ )-распаде в предшествующей исходному ядру клетке плюс позитрон и нейтрино (частица, не имеющая заряда и масса покоя которой равна нулю):

( gamma )-излучение сопровождает ( alpha )- и ( beta )-распады, а также возникает при ядерных реакциях, торможении частиц, их распаде и т. д.

( gamma )-излучение испускается дочерним ядром, которое в момент своего образования оказывается в возбужденном состоянии, а затем переходит в невозбужденное состояние.

Спектр ( gamma )-излучения является линейчатым.

Биологическое действие радиоактивных излучений

При облучении вещества ( alpha )-, ( beta )-, ( gamma )-частицами происходит возбуждение или ионизация атомов вещества. При этом сами частицы могут тормозиться, что сопровождается рентгеновским излучением. Кроме того, частицы могут упруго или неупруго соударяться с атомами вещества. Все это может привести к изменению свойств облучаемого вещества и к отрицательному воздействию на живые организмы. Вредное действие излучений на организм связано с образованием свободных химических радикалов и с мутацией в клетках, которые могут оказывать влияние на потомство, приводить к лучевой болезни и образованию злокачественных опухолей.

Методы защиты от внешнего радиоактивного облучения:

удаление от источника излучения на большое расстояние;
ограничение времени пребывания на загрязненной местности или вблизи радиоактивных источников;
ограждение радиоактивных источников экранами из материалов, эффективно поглощающих радиоактивные излучения (графит, свинец, кадмий, бор).

Методы защиты от внутреннего радиоактивного облучения:

дозиметрический контроль воздуха, осадков в близлежащей местности;
дозиметрический контроль продуктов питания;
применение веществ, ослабляющих воздействие радиоактивных излучений на организм.

В дозиметрии различают поглощенную и эквивалентную дозы.

Поглощенная доза равна энергии радиоактивного излучения, поглощенного единицей массы вещества.

Обозначение – ( D ), единица измерения в СИ – грей (Гр).

где ( E ) – энергия излучения; ( m ) – масса вещества.

Для характеристики биологического воздействия на организм используется коэффициент качества излучения ( (k) ), или коэффициент относительной биологической активности.

( k ) = 1 для ( gamma )-квантов, ( k ) = 3 для тепловых нейтронов, ( k ) = 10 для нейтронов с энергией порядка 0,5 МэВ.

Эквивалентная доза равна произведению коэффициента качества излучения и поглощенной дозы.

Обозначение – ( H ), единица измерения в СИ – зиверт (Зв).

1 зиверт – это эквивалентная доза, при которой поглощенная доза равна 1 Гр при коэффициенте качества, равном 1.

Естественный фон составляет 2 мЗв за год.

Предельно допустимая доза – 5 мЗв за год.

При дозе 0,5 Зв наступает острое лучевое поражение организма.

При дозе 3–5 Зв – смертельный исход.

Допустимая доза облучения за среднее время жизни человека (70 лет) составляет 0,35 Зв.

Закон радиоактивного распада

Если имеется большое количество одинаковых радиоактивных ядер, то вероятность распада каждого из них в любой момент времени одинакова. Радиоактивный распад любого ядра является случайным процессом, поэтому момент его распада предсказать невозможно.

Однако для большого числа частиц, находящихся в образце вещества, выполняется статистический закон радиоактивного распада.

Закон радиоактивного распада:
число нераспавшихся атомных ядер при естественном радиоактивном распаде экспоненциально уменьшается с течением времени.

Период полураспада – это время, в течение которого распадается половина способных к распаду ядер.

В начальный момент времени ( t ) = 0, число атомных ядер ( N_0 ).

Через промежуток времени, равный периоду полураспада ( t=T_{1/2} ), число атомных ядер ( N=frac{N_0}{2} ).

Через промежуток времени, равный двум периодам полураспада ( t=2T_{1/2} ), число атомных ядер ( N=frac{N_0}{4}=frac{N_0}{2^2} ).

Через промежуток времени, равный ( n ) периодам полураспада ( t=nT_{1/2} ), число атомных ядер ( N=frac{N_0}{2^n} ).

где ( N ) – число нераспавшихся атомных ядер к моменту времени ( t ); ( N_0 ) – начальное число атомных ядер; ( T_{1/2} ) – период полураспада.

На рисунке период полураспада соответствует времени, в течение которого число радиоактивных ядер (активность) уменьшается вдвое.

Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра

Элементарные частицы:

протон
Обозначение – ( p ), заряд ( q_p ) = 1,6·10^-19 Кл, масса ( m_p ) = 1,67·10^-27 кг.
нейтрон
Обозначение – ( n ), заряд отсутствует, масса ( m_n ) = 1,66·10^-27 кг.
электрон
Обозначение – ( e ), заряд ( q_e ) = –1,6·10^-19 Кл, масса ( m_e ) = 9,1·10^-31 кг.

Нуклон – это частица, входящая в состав атомного ядра.

Атомное ядро любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов.

Массовое число – это число, которое определяет количество протонов и нейтронов в ядре и равно округленному до целого значению массы атомного ядра в а.е.м.

Обозначение – ( A ), единица измерения – 1 атомная единица массы (а.е.м.).

Массовое число равно сумме количества протонов и нейтронов в ядре:

где ( A ) – массовое число; ( Z ) – количество протонов в ядре; ( N ) – количество нейтронов в ядре.

Зарядовое число – это число, которое показывает количество протонов в ядре.

Зарядовое число равно сумме зарядов протонов, входящих в состав ядра, выраженной в элементарных электрических зарядах.

Элементарный электрический заряд равен заряду электрона:

( Z ) – порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева.

Если некоторый химический элемент обозначить ( {}^A_ZX ), это означает, что в его ядре ( Z ) – протонов и ( N=A-Z ) – нейтронов.

Измерения массы атомов показали, что практически все химические элементы имеют изотопы.

Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое количество протонов, но отличающиеся количеством нейтронов в ядре.

Изотопы имеют:

одинаковый атомный номер ( Z ) (одинаковое число протонов);
различные массовые числа ( A ) (различное число нуклонов);
одинаковое строение электронных оболочек;
близкие химические свойства.

Изотопы бывают:

стабильные – это изотопы, которые сохраняются сколь угодно долго;
радиоактивные – это изотопы, которые превращаются в ядра других элементов с течением времени.

Изотопы водорода: водород имеет два стабильных изотопа – водород ( {}^1_1H ), дейтерий ( {}^2_1H ) и один радиоактивный изотоп тритий ( {}^3_1H ).

Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы

Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы – ядерные силы.

Ядерные силы – это силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер.

Свойства ядерных сил:

являются силами притяжения;
являются короткодействующими силами (действуют на малых расстояниях, не превышающих 2·10^-15 м; на таком расстоянии ядерные силы больше кулоновских приблизительно в 100 раз);
обладают свойством зарядовой независимости (ядерные силы, действующие между двумя протонами, двумя нейтронами и между протоном и нейтроном, одинаковы);
имеют свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов, а не со всеми нуклонами ядра);
не являются центральными (не действуют по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Массу ядра можно точно определить с помощью масс-спектрографов, которые разделяют заряженные частицы с разными удельными зарядами с помощью электрических и магнитных полей.

Опытным путем было установлено, что благодаря действию сил притяжения масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и масс нейтронов, входящих в состав этого ядра:

где ( M ) – масса ядра.

Дефект масс – это величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра:

где ( Delta m ) – дефект масс.

Благодаря ядерным силам ядра атомов обладают огромной энергией связи.

Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, или энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов:

где ( Delta E_{св} ) – энергия связи, ( c ) – скорость света.

Если в формуле энергии связи массы протона и нейтрона выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи будет измерена в джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Энергетический эквивалент 1 а.е.м.

Поэтому энергию связи можно рассчитать следующим образом:

В этом случае энергия связи измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи.

Удельная энергия связи – это энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон ядра:

где ( A ) – массовое число.

Удельная энергия связи неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у легких ядер до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом ( A ) ≈ 100). У тяжелых ядер (( A ) ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение легких ядер в более тяжелые ядра дает еще больший энергетический выигрыш в расчете на нуклон.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа установили экспериментально. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением ( Z ) кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Ядерные реакции. Деление и синтез ядер

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения. Эти превращения сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в них частиц.

Ядерные реакции – это изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.

Ядерные реакции происходят, когда частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил. Одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга, поэтому сближение положительно заряженных частиц с ядрами (или ядер друг с другом) возможно, если этим частицам (или ядрам) сообщена достаточно большая кинетическая энергия. Эта энергия сообщается протонам, ядрам дейтерия, α-частицам и другим более тяжелым ядрам с помощью ускорителей.

Для осуществления ядерных реакций такой метод гораздо эффективнее, чем использование ядер гелия, испускаемых радиоактивными элементами. Во-первых, с помощью ускорителей частицам может быть сообщена энергия порядка 105 МэВ, т. е. гораздо большая той, которую имеют ( alpha )-частицы (максимально 9 МэВ). Во-вторых, можно использовать протоны, которые в процессе радиоактивного распада не появляются (это целесообразно потому, что заряд протонов вдвое меньше заряда α-частиц, и поэтому действующая на них сила отталкивания со стороны ядер тоже в 2 раза меньше). В-третьих, можно ускорить ядра более тяжелые, чем ядра гелия.

Наиболее распространенный вид ядерной реакции:

где ( X ) и ( Y ) – исходное и конечное ядра; ( a ) и ( b ) – бомбардирующая и испускающая частицы.

Эндотермическая реакция – это реакция с поглощением энергии:

Экзотермическая реакция – это реакция с выделением энергии:

При ядерных реакциях выполняются следующие законы.

Закон сохранения электрического заряда:
сумма электрических зарядов атомных ядер и частиц до реакции равна сумме электрических зарядов атомных ядер и частиц после реакции:

Закон сохранения массового числа:
сумма нуклонов атомных ядер и частиц до реакции равна сумме нуклонов атомных ядер и частиц после реакции:

Закон сохранения энергии.

Примеры ядерных реакций

Первое наблюдавшееся превращение ядра (Ю. Резерфорд, 1919):

Первая ядерная реакция на быстрых протонах (1932):

Открытие нейтрона (Дж. Чедвик, 1932):

Первое искусственное получение радиоактивного распада и открытие позитрона. Радиоактивный распад под действием ( alpha )-частиц наблюдал Ф. Жолио-Кюри:

Изотоп фосфора оказался радиоактивным: его ядро распадается с испусканием позитрона и нейтрино:

Классификация ядерных реакций

Ядерные реакции классифицируются:

по роду участвующих в них частиц – реакции под действием нейтронов, заряженных частиц, ( gamma )-квантов;
по энергии вызывающих их частиц – реакции при малых, средних, высоких энергиях;
по роду участвующих в них ядер – реакции на легких ядрах (А < 50), средних ядрах (50 < А < 100) и тяжелых ядрах (А > 100);
по характеру происходящих ядерных превращений – реакции с испусканием нейтронов, заряженных частиц, реакции захвата.

Деление ядер – это деление атомного ядра урана на несколько более легких ядер (осколков), чаще всего на два ядра, близких по массе.

Делиться могут только ядра некоторых тяжелых элементов.
При делении ядер испускаются нейтроны и ( gamma )-лучи.
При делении ядер выделяется большая энергия.

Механизм деления ядер (капельная модель)

В тяжелых ядрах действуют значительные ядерные силы, которые удерживают ядро от распада. Под влиянием поглощенного нейтрона ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Оно растягивается до тех пор, пока силы отталкивания половинок ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. В результате ядро разрывается на два осколка X и Y.

Под действием сил кулоновского отталкивания осколки разлетаются со скоростью, равной приблизительно 1/30 скорости света. Одновременно испускается излучение высокой частоты.

Цепная ядерная реакция – ядерная реакция деления тяжелых ядер нейтронами, в результате которой число нейтронов возрастает и поэтому может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления.

В 1939 году было обнаружено, что при попадании нейтрона в ядро изотопа урана-235 происходит деление ядра на два или три осколка с испусканием 2–3 нейтронов:

Эти нейтроны способны вызвать деление 2–3 новых ядер урана с испусканием 4–9 новых нейтронов и т. д., процесс может продолжаться самостоятельно, вовлекая все большее число новых ядер.

Условия протекания цепной ядерной реакции:

должны отсутствовать примеси, поглощающие нейтроны;
количество вещества, способного делиться, должно быть достаточным для того, чтобы образующиеся нейтроны могли соударяться с другими ядрами, не покидая объем, не испытывая взаимодействия;
скорость нейтронов должна быть достаточной, чтобы вызвать деление ядер.

Минимальное количество вещества, необходимое для осуществления цепной ядерной реакции, называется критической массой.

Устройства, в которых осуществляются управляемые цепные ядерные реакции, называются ядерными реакторами.

Основные элементы ядерного реактора:

Ядерное горючее (сырьевые и делящиеся вещества в реакторах – изотопы урана, плутоний, торий).
Замедлитель и отражатель нейтронов, которые способствуют увеличению числа медленных нейтронов, наиболее эффективных для развития цепной реакции деления (графит, тяжелая или обычная вода).
Регулирующие стержни, которые вводят в активную зону реактора для поддержания стационарного режима реактора, так как быстрое развитие реакции сопровождается выделением большого количества тепла и перегревом реактора; стержни выполнены из материалов, сильно поглощающих тепловые нейтроны (из бора, кадмия).
Теплоноситель, который необходим для отвода тепла, образующегося в реакторе (вода, жидкий натрий и др.).
Защитные устройства, которые применяют для защиты персонала, обслуживающего реактор, от действия на организм нейтронных потоков и ( gamma )-лучей.

Термоядерный синтез

График зависимости удельной энергии связи нуклонов в ядре от массового числа показывает, что кроме реакции деления тяжелых ядер с выделением энергии идут реакции синтеза легких ядер.

Синтез ядер – это слияние ядер в одно ядро, сопровождающееся выделением энергии.

Для осуществления реакции синтеза легких ядер требуются высокие энергии сливающихся частиц, так как необходимо преодолеть кулоновское отталкивание. Этого можно достичь за счет высокой температуры вещества.

Термоядерная реакция – это реакция синтеза легких атомных ядер в более тяжелые, происходящая при сверхвысоких температурах (порядка 10⁷ К и выше).

В природе термоядерные реакции происходят в недрах звезд.

При термоядерном синтезе энергетический выход на единицу массы топлива оказывается выше, чем при реакции деления тяжелых ядер урана.

Пример реакции синтеза:

Синтез гелия из тяжелых изотопов водорода – дейтерия и трития – происходит при температуре около 5·10⁷ К.

При синтезе 1 г гелия из дейтерия и трития выделяется 4,2·10¹¹ Дж – такая же энергия выделяется при сгорании 10 т дизельного топлива.

Термоядерный синтез может стать одним из возможных альтернативных источников энергии. Поиск таких источников энергии важен, так как запасы нефти и газа на Земле ограничены.

В настоящее время ведется испытание установок для осуществления управляемых термоядерных реакций синтеза гелия из водорода. Запасы водорода на Земле практически неисчерпаемы. Количество дейтерия в океанической воде составляет примерно 4·10¹¹ т, чему соответствует энергетический запас 10¹⁷ МВт·год. Наиболее заманчивой является возможность извлечения энергии дейтерия, содержащегося в обычной воде.

Основные формулы по теме «Физика атомного ядра»

Физика атомного ядра

3.1 (61.41%) 128 votes

Источник

Во сколько раз число протонов в ядре изотопа плутония (_{94}^{235}Pu) превышает число нуклонов в ядре изотопа ванадия (_{23}^{47}V)?

Число протонов в ядре изотопа плутония (_{94}^{235}Pu) равно 94.
Число нуклонов в ядре изотопа ванадия (_{23}^{47}V) равно 47.
Значит, необходимое нам отношение равно 2.

Ответ: 2

Каков заряд ядра (_5^{11}B) (в единицах элементарного заряда)?

Заряд ядра равен (Z=5).

Ответ: 5

Сколько электронов вращается вокруг ядра атома (_{39}^{89}Y)?

Заряд ядра равен (Z=39). Количество электронов в нейтрально заряженном атоме равно количеству протонов. Значит, кол-во электронов равно 39.

Ответ: 39

Электронная оболочка электрически нейтрального атома криптона содержит 36 электронов. Сколько нейтронов содержится в ядрах изотопов криптона–78 и криптона–86? В ответе запишите только числа, не разделяя их пробелом или другим знаком.

Нейтральный атом криптона содержит 36 протонов. Значит в изотопе–78 количество нейтронов (n_1=78-36=42), а в изотопе–86 количество нейтронов (n_2=86-36=50).

Ответ: 4250

Сколько электронов вращается вокруг ядра атома (_{30}^{65}Zn)?

Заряд ядра атома цинка равен 30, следовательно в ядре 30 протонов. В нейтральном атоме число протонов равно числу электронов. Следовательно, вокруг ядра вращается 30 электронов.

Ответ: 30

Сколько протонов и сколько нейтронов содержится в ядре (^{60}_{27}Co)?

[begin{array}{|c|c|}
hline
text{Число протонов}&text{Число нейтронов}\
hline
&\
hline
end{array}]

“Демоверсия 2017”

Число протонов равно зарядовому числу и равно 27, а число нейтронов равно разности массового числа и зарядового и равно 60-27=33

Ответ: 2733

На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Под названием каждого элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов. При этом нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространённость изотопа в природе.

Укажите число протонов и число нейтронов в ядре самого распространённого стабильного изотопа лития.

[begin{array}{|c|c|}
hline
text{Число протонов}&text{Число нейтронов}\
hline
&\
hline
end{array}]

“Демоверсия 2020”

Самый распространенный изотоп лития (^7_3 Li), в нем 3 протона и 4 нейтрона.

Ответ: 34

Источник

Задачи №32 по физике (ядерная физика)-2

Рассмотрим последнюю задачу ЕГЭ. Чаще всего под этим номером попадаются задачи на ядерную физику. Некоторые из них совсем простые, другие — наоборот, сложные. Впрочем, судить вам. Другие задачи можно посмотреть здесь.
Задача 1.
Покоящийся атом водорода в основном состоянии (

14.12.2017 07:03:03 | Автор: Анна

Задачи №32 ЕГЭ по физике (ядерная физика)-1

Рассмотрим последнюю задачу ЕГЭ. Чаще всего под этим номером попадаются задачи на ядерную физику. Некоторые из них совсем простые, другие — наоборот, сложные. Впрочем, судить вам.
Задача 1.
Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси под…

12.12.2017 13:57:39 | Автор: Анна

Источник

Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий

Версия для печати и копирования в MS Word

Тип 18 № 18