6.2. Физика атомного ядра и элементарных частиц

6.21. Каков состав ядер натрия ( ), фтора ( ), серебра ( ), кюрия ( ), менделевия ( ) ?

6.22. Написать ядерную реакцию, происходящую при бомбардировке алюминия ( ) -частицами и сопровождающуюся выбиванием протона.

6.23. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях:

6.24. Вычислить энергию связи ядра дейтерия ( ) в МэВ.

6.25. Найти энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядрах , .

6.26. Какая энергия связи выделяется при термоядерной реакции

?

6.27. Найти наименьшую энергию -кванта, необходимую для осуществления следующей реакции:

.

6.28. Для аннигиляции электрона и позитрона образовалось два одинаковых -кванта. Найти длину волны, пренебрегая кинетической энергией частиц до реакции.

6.29. Сколько процентов радиоактивных ядер кобальта останется через месяц, если период полураспада равен 71 дню?

6.30. Какова электрическая мощность атомной электростанции, расходующей в сутки 220 г изотопа и имеющей КПД 25%?

6.31. Какой изотоп образуется на после трех -распадов и двух -распадов?

6.32. Определите атомные номера, массовые числа и химические символы ядер, которые получатся, если в ядрах , , протоны заменить нейтронами, а нейтроны – протонами.

6.33. Какую часть массы нейтрального атома плутония составляет масса его электронной оболочки?

6.34. Покоившееся ядро радона выбросило -частицу со скоростью  =16 Мм/с. В какое ядро превратилось ядро радона? Какую скорость ₁ получило оно вследствие отдачи?

6.35. Определить зарядовое и массовое числа изотопа, который получится из тория после трех - и двух -превращений.

6.36. Сколько - и -частиц выбрасывается при превращении ядра урана в ядро висмута ?

6.37. Какая часть начального количества атомов распадается за один год в радиоактивном изотопе тория ?

6.38. Какая часть начального количества атомов радиоактивного актиния останется через 5 сут? через 15 сут?

6.39. За один год начальное количество радиоактивного изотопа уменьшилось в 3 раза. Во сколько раз оно уменьшится за 2 года?

6.40. Определите промежуток времени , в течение которого активность изотопа стронция уменьшится в =10 раз? в =100 раз?

6.41. Определить число слоев половинного ослабления, уменьшающих интенсивность узкого пучка -излучения в =100 раз.

6.42. На какую глубину нужно погрузить в воду источник узкого пучка -излучения (энергия гамма-фотонов равна 1,6 МэВ), чтобы интенсивность пучка, выходящего из воды, была уменьшена в =1000 раз?

6.43. Под действием космических лучей в воздухе объемом =1 см³ на уровне моря образуется в среднем =120 пар ионов за промежуток времени =1 мин. Определить экспозиционную дозу излучения, действию которого подвергается человек за время = 1 сут.

6.44. Определить удельную энергию связи ядра .

6.45. Какую энергию связи нужно затратить, чтобы разделить на отдельные нуклоны ядра и ? Почему для ядра бериллия эта энергия меньше, чем для ядра лития?

6.46. Определить порядковый номер и массовое число частицы, обозначенной буквой , в символической записи ядерной реакции:

.

6.47. Определить энергию ядерных реакций:

1) ; 2) ; 3) ;

4) ; 5) .

Освобождается или поглощается энергия в каждой из указанных реакций?

6.48. Ядро урана , захватив один нейтрон, разделилось на два осколка, причем освободилось два нейтрона. Одним из осколков оказалось ядро ксенона . Определить порядковый номер и массовое число второго осколка.

6.49. При делении одного ядра урана-235 выделяется энергия =200 МэВ. Какую долю энергии покоя ядра урана-235 составляет выделившаяся энергия?

6.50. Определить энергию , которая освободится при делении всех ядер, содержащихся в уране-235 массой =1 г.

6.51. Какую часть первоначальной скорости будет составлять скорость нейтрона после упругого центрального столкновения с неподвижным ядром изотопа ?

6.52. Электрон и позитрон образуются фотоном с энергией h = 2,62 МэВ. Какова была в момент возникновения полная кинетическая энергия позитрона и электрона?

ОТВЕТЫ

1.2. 0; 2 м/с; 2 м/с; -8 м/с²; 1 м/с². 1.3. 1 с; 10 м/с (при движении вверх). 1.4. 1) 14,1 м/с; 2) -10 м/с²; 3) 7,07 м/с²; 4) 7,07 м/с². 1.5. 20м/с; 28 м/с. 1.6. =1,53 км; =3,53 км; =1,02 км. 1.7.  0,8 g;  0,6 g. 1.8. 5 см/с²; 10 см/с²; 11 см/с². 1.9. 1,2 м/с²; 168 м/с²; ~168 м/с². 1.10. = -0,8 Н; = -8 Н; =0 при =1,67 с. 1.11. ; ; 2,5 Дж. 1.12. 100 Н·с; 100 кг·м/с. 1.13. 1,03 кН. 1.14. 18,4 с. 1.15. 0,75 м/с. 1.16. 0,4 м/с. 1.17. 2,94 кДж; 6 кДж. 1.18. 390 Дж. 1.19. -6 м/с, 4 м/с. 1.20. 1) 31,2 МДж; 2) 62,4 МДж. 1.21. 10 Дж. 1.22. 1,96 Н. 1.23. 0,2. 1.24. 7,27·10^-5 рад/с; 42,2 Мм. 1.25. 6,21·10²³ кг. 1.26. 208 ГПа. 1.27. 1) 4·10^-4 кг·м²; 2) 2·10^-4 кг·м². 1.28. 0,112 кг·м². 1.29. 7,5·10^-4 кг·м². 1.30. 0,0235 кг·м². 1.31. =3,53 Н; =3,92 Н. 1.32. -0,64 Н·м. 1.33. 0,445 рад/с. 1.34. 10^-1 мин. 1.35. =200 Н·м; , где =3,2 кВт; = -0,8 кВт; =0,8 кВт. 1.36. 3 Дж. 1.37. 3,74 м/с. 1.38. 134 км/с. 1.39. 25 нс. 1.40. . 1.41. 1) 0,195 с; 2) 0,974 с. 1.42. 0,5%. 1.43. 2,05·10^-22 кг·м/с. 1.44. 11,1 фг. 1.46. , где =4 см, рад/с, рад; 1) рад; 2) 0,842 рад. 1.47. 8,33 см. 1.48. , . 1.49. , . 1.50. =231. 1.51. 9,16·10^-5 кг/с. 1.52. 4,05 Гц. 1.53. 1) 100 Гц, 3,14 м; 2) 314 м/с; 3) 0,314 м/с, 197 м/с². 1.54. 1) 350 м/с; 2) 0,79 м/с. 1.55. 1,26 рад.

2.1. 8,3 г. 2.2. 10,9 кН. 2.3. 1,34·10²². 2.4. 1) 32·10^-3 кг/моль, 5,30·10^-26 кг; 2) 28·10^-3 кг/моль, 4,65·10^-26 кг; 3) 30·10^-3 кг/моль, 4,99·10^-26 кг. 2.5. 2,42·10¹⁷ м^-3. 2.6. 4,98 ммоль; 3·10⁸. 2.7. 6,9·10^-21 Дж; 20,7·10^-21 Дж; 13,8·10^-21 Дж; 34,5·10^-21 Дж. 2.8. 3,62·10²³. 2.9. 1) 500 м/с, 462 м/с, 407 м/с; 2) 1,94 км/с, 1,79 км/с, 1,58 км/с; 3) 7,90 км/с, 7,30 км/с, 6,48 км/с. 2.10. раза. 2.11. 885 м. 2.12. 5,88 км. 2.13. 526 Дж/(кг·К). 2.14. 1) 5 МДж; 2) 0; 3) 5 МДж. 2.15. 6 кДж; 15 кДж. 2.16. 1) 7,61 МДж; 2) 7,21 МДж; 3) 0,4 МДж; 4) 5,3%. 2.17. 28 кДж. 2.18. 0,404; 59,6 Дж. 2.19. 7,2 Дж/К. 2.20. 2,43 Дж/К. 2.21. =836 Дж/К; =0. 2.22. 1) 108 кПа; 2) 86,2 см³. 2.23. 4,78 МПа (4,99 МПа). 2.24. 0,45 м/с. 2.25. 77,9 кПа.

3.1. 15,6 г. 3.2. 2,55∙10³ кг/м³. 3.3. . 3.4. 1) 0; 2) 900В/м; 3) 400 В/м. 3.5. 0; 1,11 кВ/м; 200 В/м. 3.6. 5,55 нКл/м. 3.7. 64,3 кВ/м. 3.8. 135 кВ/м. 3.9. 55,7 кВ/м. 3.10. 35,6 кВ/м. 3.11. 396 В/м; 170 В/м. 3.12. - 4 мкДж. 3.13. -162 Дж/Кл. 3.14. 226 В/м. 3.15. 0,6 В. 3.16. 0,12 В. 3.17. 200 В/м. 3.18. 2,62 мкДж. 3.19. 25,2 мкДж. 3.20. 2,4·10^-17 Н; 2,75·10¹³ м/с²; 4,07 Мм/с. 3.21. 5,9 мм. 3.22. 30 мкДж. 3.23. 22,6 В. 3.24. 1) 1500 В; 2) 0,2 мДж. 3.25. 0,05 мм/с. 3.26. 3,7 мкм/с. 3.27. 0,1 мм/с. 3.28. 0,05 В/м. 3.29. Ответ: 0,1 В/м. 3.30. Ответ: 1,6·10^-9 А. 3.31. 2,9 Ом; 4,5 Ом. 3.32. 2 А. 3.33. 0,4 А. 3.34. 385 мА; 77 мА; 308 мА. 3.35. 2,4 кВт; 2,3 кВт; 96%. 3.36. 6 В; 1 Ом. 3.40. 87,2 мкТл. 3.41. 400 мкТл. 3.42. 40 мкТл. 3.43. 8 кА/м. 3.44. 15,4 А/м. 3.45. 200 А/м. 3.46. 482 мкТл; 82,8 мкТл. 3.47. 346 мкТл; 116 мкТл. 3.48. 1,15. 3.49. а) 157 мкТл; б) 257 мкТл; в) 286 мкТл; г) 214 мкТл; д) 414 мкТл; е) 182 мкТл. 3.50. 2,5 Н. 3.51. 7 А. 3.52. 9,2·10^-24 А·м²; 9,2·10^-25 Н·м. 3.53. 39,5 мкН/м. 3.54. 3,2·10^-25 кг·м²/с. 3.55. . 3.56. 12 мм. 3.57. 448 пА. 3.58. 7,04 пА·м². 3.59. 580 фДж. 3.60. 6,28 мкТл·м. 3.61. 50 мкВб. 3.62. 4,5 мкВб. 3.63. 3,81. 3.64. 3 мДж. 3.65. 67,5 мДж. 3.66. 0,3 Тл. 3.67. 10 Вт. 3.68. 201 мВ. 3.69. 0,16 В. 3.70. 3 мГн. 3.71. 3 кВ. 3.72. 2500 м. 3.73. менее 100 Ом. 3.74. 5 мс; 0,63 мкФ; 0,2 мДж; 0,2 мДж.

4.1. 0,1 мкм. 4.2. 0,25 мкм; 0,125 мкм. 4.3. 0,39 мм. 4.4. 1,25 дптр. 4.5. 8. 4.6. 8; 74º. 4.7. 0,6 мкм. 4.8. 66 см. 4.9. 194 Мм/с. 4.10. 55º45'. 4.11. 45º. 4.12. в 2 раза.

5.1. 648 К. 5.2. 1 кК. 5.3. 5,65 кДж. 5.4. в 1,19 раза. 5.5. 5,88 кВт/м²; 1,76 кДж. 5.6. 0,953. 5.7. 3,9·10²⁶ Вт. 5.8. 3,8 кК; 7,6 кК. 5.9. 4,98 кК. 5.10. Увеличились в 81 и 243 раза. 5.11. 3,1 МВт. 5.12. 6 см². 5.13. 290 К. 5.14. 9,3 мкм. 5.15. 2,49 эВ. 5.16. 0,8. 5.17. 2,3 эВ. 5.18. 4 эВ. 5.19. 760 км/с. 5.20. 4,36 нм. 5.21. 1,9 эВ. 5.22. 1 В. 5.23. 0,62 мкм. 5.24. 580 км/с. 5.25. 0,1 нН. 5.26. 10^-7 кг·м/с. 5.27. 9·10¹⁵. 5.28. 9·10¹⁵. 5.29. 0,7 мкПа; 0,35 мкПа. 5.30. 57 пм. 5.31. 120º или 240º . 5.32. 0,224 МэВ; 0,176 МэВ 5.33. 3,64·10^-22 кг·м/с 5.34. 0,5 5.35. 60º40' или 299º20'. 5.36. =2,42 пм; =73,22 пм; =4,8 пм; =75,6 пм. 5.37. 0,6. 5.38. 90º; 0,02 МэВ. 5.40. 3,27 эВ; 5,8·10^-36 кг; 1,74·10^-27 кг·м/с 5.41. 1,24 пм; 1,8·10^-30 кг; 5,3·10^-22 кг·м/с; . 5.42. 73 пм. 5.43. а) 3,2·10^-36 кг; б) 8,8·10^-32 кг; в) 1,8·10^-30 кг. 5.44. 1,4 км/с. 5.45. 53. 5.46. 2·10^-27 кг·м/с. 5.47. 0,77 нм; 10,6 нм. 5.48. В 160 раз. 5.50. 1) 0,78; 2) 0,21; 3) 0. 5.51. ; ; . 5.52. 1) 0,609; 2) 0,195. 5.53. а) =730 пм; б) =144 пм; в) =6,6·10^-29 м. 5.54. . 5.55. 5·10^-5. 5.56. 115 м/с; 0,065 м/с. 5.57. 0,33 нм. 5.58. 727 пм; 0,396 пм. 5.59. 0,1 нм. 5.60. 151 В.

6.1. 0,49 мкм. 6.2. 0,25 мкм. 6.3. 13,6 эВ; -27,2 эВ; -13,6 эВ. 6.4. 365 нм; 656 нм. 6.5. 13,6 В. 6.6. =30,4 нм. 6.7. 212 пм; 477 пм. 6.8. 1,87 мкм; 820 пм. 6.9. 10,2 эВ; 13,6 эВ. 6.10. 1 Мм/с. 6.11. 30,3 нм; 13,5 нм. 6.12. 21·10⁶ м/с. 6.13. 41 пм. 6.14. 1,24 пм. 6.15. а) 194 пм; б) 155 пм; в) 72 пм; г) 57,4 пм; д) 23,4 пм; е) 22,8 пм; ж) 20,5 пм. 6.16. 2,7·10^-16 А. 6.17. 0,5 мм. 6.18. 1,6·10^-14 Дж. 6.19. 130 Мм/с. 6.20. 41 кВ. 6.23. ; ; ; ; . 6.24. 2,2 МэВ. 6.25. 5,6 МэВ; 8 МэВ. 6.26. 18МэВ. 6.27. 2,2 МэВ. 6.28. 2,4 нм. 6.29. 75%. 6.30. 53 МВт. 6.31. . 6.32. ; ; . 6.33. 2·10^-4. 6.34. ; 290 км/с. 6.35. =86; =220 ( ). 6.36. шесть - частиц; три -частицы. 6.37. 10^-4. 6.38. 0,71; 0,36. 6.39. в 9 раз. 6.40. 93 года; 186 лет. 6.41. 6,6. 6.42. на глубину 115 см. 6.43. 21,4 нКл/кг. 6.44. 7,68 МэВ/нуклон. 6.45. 39,2 МэВ; 37,6 МэВ. 6.46. =1; =0; частица – нейтрон ( ). 6.47. 1) 4,36 МэВ, освобождается; 2) 22,4 МэВ, освобождается; 3) 2,80 МэВ, поглощается; 4) 1,64 МэВ, поглощается; 5) 1,05 МэВ, поглощается. 6.48. . 6.49. 0,00091. 6.50. 82 ГДж. 6.51. 92%. 6.52. 1,60 МэВ.