ТГУ: кафедра ОиТФ / В.В. Антонов

Концепции современного естествознания: лабораторный практикум 4. 2013

Лабораторный практикум 4

Знакомство с квантовыми явлениями и радиоактивностью Теория

Современный прогресс в области естественных и технических наук основан на использовании достижений квантовой теории материи. Созданы квантовые теории элементарных частиц, атомного ядра, атома, молекул и др.; созданы условия для появления новых технологий: лазерные, нанотехнологии и др.; возникли новые отрасли промышленности: атомная энергетика, микроэлектроника и др.

Ядерные реакции

В ядерных реакциях происходят превращения атомных ядер (трансформация химических элементов) с выполнением законов сохранения электрического заряда и барионного (массового) числа.

Барионное число атомного ядра равно его массовому числу А, т.е. общему числу нуклонов в ядре. Суммарный заряд ядра определяется числом протонов Z, равному порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева.

Изотопами называют разновидности атомов одного и того же химического элемента (различаются числом нейтронов в ядрах).

Энергию связи ядер атомов изотопов определяют с использованием соотношения Эйнштейна Е = с²Dm,

с – скорость света в вакууме; Dm – дефект масс, который определяется выражением

Dm = Zm_p + (А – Z)m_n – m_A

m_p – масса протона, m_n – масса нейтрона, m_A – масса ядра атома изотопа.

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до реакции и после реакции (равен изменению кинетической энергии частиц, участвующих в реакции). Если кинетическая энергия частиц после реакции больше, чем до реакции, то энергия выделяется (при ядерных реакциях это огромная энергия).

- энергетический выход ядерных реакций, - энергия покоя ядер и частиц до реакции, - энергия покоя ядер и частиц после реакции.

Ядерная энергетика экономически более эффективна по сравнению со всеми другими известными видами, но требует высокого уровня развития интеллекта общества, для которого собственно и эксплуатируются атомные электростанции. В настоящее время практически пятая часть всего мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции.

Радиоактивность

Радиоактивность – это физическое явление, которое характеризуется такими процессами в атомном ядре, при которых изменяется его состав и испускается ионизирующее излучение; – это самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотопы другого, сопровождающееся испусканием альфа-, бета-, гамма-излучений.

Радиоактивными элементами – называются такие элементы, все изотопы которых радиоактивны. К таким элементам относятся все естественные элементы с атомным номером выше 83 (Bi). Вредное воздействие радиоактивных элементов определяется ионизирующим излучением.

Классическим опытом, определяющим сложный состав радиоактивного излучения, служит распад (разделение) радиоактивного пучка в магнитном поле на три вида излучения (рис.): положительно заряженный компонент получил название альфа-лучи, отрицательно заряженный – бета-лучи и нейтральный – гамма-лучи.