Атомное ядро. Ядерная энергия.

Сила, прочно удерживающая протоны и нейтроны в ядре называется ядерной силой.

Свойства ядерных сил:

1. Ядерные силы обладают зарядовой независимостью, т.е. не зависят от наличия зарядов и знаков.

2. Ядерные силы обладают свойствами действия на очень коротких расстояниях.

Формула А. Эйнштейна (1905г) E=mc² Е_св =m·c², где Е_св– энергия связи (Дж), m–дефект масс, с – скорость света.

1 электронвольт (1эВ)=1,6·10^-19 Дж.

1 а.е.м = 931,5 МэВ

1 а.е.м. = 1,6605406 · 10^-27 кг.

Дефект массы ядра.Δm = (Z·m_p + N·m_n) – m_я; m_я=m_a-Zm_e.

Энергия связи ядра. Е_св=(Zm_p+Nm_n–m_я)·с²(Дж); Е_св=(Zm_p+Nm_n–m_я) ·931,5(МэВ)

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра, на отдельные нуклоны называется энергией связи.

Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, называется удельной энергией связи ядра. Е_уд = , где А – число нуклонов в ядре (протон и нейтрон – нуклоны). При радиоактивном распаде ядер реализуются два следующих закона:

1. закон сохранения зарядового числа: зарядовое число распадающегося ядра равно сумме зарядовых чисел, образовавшихся после распада частиц;

2. закон сохранения массового числа: массовое число распадающегося ядра равно сумме массовых чисел, образовавшихся после распада частиц

Формула – β распада

Формула - α распада

преобразование нейтрона в протон при β – распаде ядра.

, – антинейтрино.

Самопроизвольное превращение атомов, сопровождающееся испусканием гамма – излучений, альфа -, бета- и других частиц, называется радиоактивным распадом ядра.

Время, в течение которого распадается половина атомных ядер радиоактивного изотопа, называется периодом полураспада (Т).

Закон радиоактивного распада. N = N₀· = N₀ · = N₀ ·

N – число нераспавшихся ядер, N₀ – число первоначальных ядер,

t – время распада ядер, n – число периодов полураспада за время t.

Формула слияния изотопов водорода:

Делением ядер называют процесс, когда массивное ядро атомов в результате его бомбардировки нейтронами распадается на крупные осколки и более мелкие частицы: .

Цепная ядерная реакция – лавинообразное деление ядер, происходящее под действием вновь рожденных нейтронов. Рассмотрим деление ядер урана – 235 после попадания в него нейтрона. Во время деления ядро распадается на несколько крупных осколков с вылетом 2-3 нейтронов. Эти нейтроны играют особую роль в продолжении цепной реакции деления других ядер урана (при самопроизвольном распаде ядер урана нейтроны не выделяются).

Ядерные реакции в атомных реакторах происходят в управляемом режиме.

Критическая масса – минимальная масса ядерного материала, необходимая для цепной реакции деления.

Термоядерная реакция – реакция слияния ядер, осуществляемая при температуре свыше млн. градусов. Термоядерные реакции в атомных реакторах не управляемы. Пример: . При синтезе лёгких ядер выделяется примерно энергии в 7 раз больше, чем при реакции деления тяжёлых ядер (см. удельную энергию связи)

Радиоизотопы – радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем.

Ядра, имеющие один и тот же заряд (Z) при разном массовом числе (А), т.е. различным числом нейтронов называются изотопами. Например, – изотопы азота. Изотопы – элемент с одинаковыми химическими свойствами, но различными физическими свойствами, в том числе радиоактивными.

Радиация – радиоактивные излучения.

Активность изотопа – количество распавшихся ядер в течение секунды. Единица измерения: Беккер (БК), Кюри (Ки); 1Ки = 3,7·10¹⁰ Бк.

Доза излучений – количество энергии, переданной радиацией организму.

Поглощенная доза излучения Д: Д = (грей - Гр), где Д – доза излучения (Гр (грей)), Е – испускаемая энергия (Дж),m – масса тела (кг). 1 рад = 10^-2 Гр.

Элементарной частицей называют такую частицу, которая не имеет своего состава и структуры. К ним относятся электрон, протон, нейтрон, фотон, нейтрино и их античастицы (электрон – позитрон, протон – антипротон).

Космические лучи – высоко энергетические частицы, поступающие из космического пространства на Землю. Космические лучи представляют собой поток различных частиц с большой энергией. Их характеристики (масса, знаки заряда) определяются экспериментальным путём.