3.20. В природе существует 4 типа фундаментальных взаимодействий. В каком взаимодействии могут участвовать фотоны?

Ответ:

1)сильное; 2) слабое, электромагнитное;

3) электромагнитное, гравитационное; 4) гравитационное.

Сильное (ядерное) взаимодействие обуславливает связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивает исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях. Слабое взаимодействие – наиболее медленное из всех взаимодействий, протекающих в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящих с участием нейтрино или антинейтрино, а также за безнейтринные процессы распада, характеризующиеся довольно большим временем жизни распадающейся частицы  . В основе электромагнитного взаимодействия лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование атомов и молекул, обуславливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов. Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако из-за малости масс элементарных частиц оно пренебрежимо мало и, по-видимому, в процессах микромира несущественно. 

4.20. Реакция n → p + e⁺ +ν_е не может идти из-за нарушения закона сохранения ( - электронное нейтрино):

Ответ:

1) спинового момента импульса; 2) электрического заряда;

3) лептонного заряда; 4) нет правильного ответа.

Решение: Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе при всех процессах взаимопревращаемости элементарных частиц алгебраическая сумма зарядов сохраняется. Закон сохранения лептонного заряда: в замкнутой системе при всех без исключения процессах взаимопревращаемости элементарных частиц лептонное число сохраняется. Лептонное число – особое квантовое число, характеризующее лептоны и выделяющее класс лептонов из множества элементарных частиц:  для лептонов ( );  для антилептонов ( );  для всех остальных элементарных частиц. Закон сохранения странности: странность (квантовое число, характеризующее адроны) сохраняется только в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Реакция распада нейтрона по схеме  не может идти из-за нарушения закона сохранения лептонного заряда, так как у позитрона  (антилептона) лептонное число  , а у нейтрино  (лептона) лептонное число  . Ответ: вариант 3

5.20. В процессе электромагнитного взаимодействия принимают участие:

Ответ:

1) нейтроны ; 2) нейтрино; 3) протоны; 4) нейтроны и протоны.

В основе электромагнитного взаимодействия лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование атомов и молекул, обуславливая взаимодействие в них положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.

6.20. Реакция распада электрона по схеме: e^-→ γ +γ + невозможна вследствие невыполнения закона сохранения ( - антинейтрино):

Ответ: 1) барионного заряда; 2) электрического заряда; 3) лептонного заряда; 4) барионного, электрического заряда.

Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе при всех процессах взаимопревращаемости элементарных частиц алгебраическая сумма зарядов сохраняется. Закон сохранения лептонного заряда: в замкнутой системе при всех без исключения процессах взаимопревращаемости элементарных частиц лептонное число сохраняется. Лептонное число – особое квантовое число, характеризующее лептоны и выделяющее класс лептонов из множества элементарных частиц:  для лептонов ( );  для антилептонов ( );  для всех остальных элементарных частиц. Закон сохранения странности: странность (квантовое число, характеризующее адроны) сохраняется только в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Реакция распада электрона по схеме  невозможна вследствие невыполнения закона сохранения электрического заряда. Поскольку заряд электрона 1, заряды фотона  и электронного нейтрино равны нулю. Следовательно, закон сохранения электрического заряда не выполняется, вследствие чего реакция не может идти.

7.20. В процессе сильного взаимодействия принимают участие:

Ответ:

1) фотоны; 2) электроны; 3) фотоны, позитроны; 4) нуклоны.

НУКЛОН, общее название протона и нейтрона – частиц, из которых состоят ядра атомов. На нуклоны приходится основная часть массы атома.

8.20. Определить массовое число изотопа, который получится из тория после трех α – и двух β^- – превращений.

Ответ:

1) 220а.е.; 2) 238а.е.; 3) 227а.е.; 4) 222а.е.

Запишем условие задачи в виде уравнения реакции

Составим уравнения:

Получим А = 220, Z=86. То есть это изотоп радона

9.20. Сколько -распадов и ^--распадов должно произойти при радиоактивном распаде ядра урана ₉₂U²³⁸ и конечном превращении его в ядро свинца ₈₂Рв¹⁹⁸?

Ответ:

1) 9 и 10; 2) 10 и 8; 3) 8 и 10; 4) 10 и 10.

Оформл так

10.20. Второй продукт ядерной реакции ₄Ве⁹ + ₁Н²₅В¹⁰ + X представляет из себя:

Ответ:

1) нейтрон; 2) -частицу; 3) электрон; 4) -квант.

11.20. При делении одного ядра урана выделяется 3,210^-11 Дж энергии. Чему равна электрическая мощность атомной электростанции, имеющей КПД 25%, если она расходует в сутки 235 г урана? Молярная масса урана равна 235 г/моль; число Авогадро 6,0210²³ 1/моль.

Ответ: 1) 80МВт; 2) 56,5МВт; 3) 22 МВт; 4) 10 МВт.

Дано:

E0=3,2⋅10−11 Дж, η=25%, t=1 сут, m=235 г, P−?

Решение задачи:

Коэффициент полезного действия (КПД) атомной станции η определим как отношение полезной работы Aп к затраченной работе Aз, то есть:

η=AпAз

Полезную работу Aп легко найти как произведение мощности атомной станции P на время работы t, поэтому:

Aп=Pt

Затраченная работа Aз равна энергии E, которая выделяется при делении ядер урана массой m.

Aз=E

Очевидно, что энергия E равна произведению количества атомов (ядер) N урана-235, содержащихся в массе m, на энергию, выделяющуюся при делении одного ядра изотопа урана-235 E0, то есть:

E=NE0

Чтобы определить количество атомов (ядер) изотопа урана-235 N в массе m, запишем две формулы определения количества вещества ν:

Фигурная скобка (ν=N/N_А ν=m/M)

Здесь NА – постоянная Авогадро, равная 6,022·1023 моль-1, M – молярная масса изотопа урана-235, равная 0,235 кг/моль. Тогда:

N/NА=m/M

N=mN_A/M

12.20. В камере Вильсона наблюдается превращение азота: + . Чем является второй продукт реакции?

Ответ:

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

Первое превращение ядер, искусственно вызванное человеком, осуществил в 1919 Э. Резерфорд, который превратил азот в кислород, облучив азот альфа-частицами урана. 7N14 + 2He4 --> 8O17+ 1 H1 Эта реакция сопровождалась поглощением энергии, поскольку масса ее продуктов - кислорода и водорода - превышает массу частиц, вступающих в реакцию, - азота и альфа-частиц.