Слайд 11.Строение ядра, его основные характеристики.
2. Ядерные силы.
3. Альфа-,
бета- и гамма–распад. Характеристики альфа-, бета- и гамма - излучения.
4.
Биологическое действие ионизирующего излучения.5. Ядерные реакции. Ядерный реактор
5. Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада
5. Взаимодействие излучения с веществом.
Элементы ядерной физики.
Общие сведения
о радиоактивном излучении.
Лекция 26/2
Презентации по ядерной физике
http://prezentacija.biz/prezentacii-po-fizike/
Слайд 2К 20-м годам XX - атомы и атомные ядра, имеют
сложную структуру.
К настоящему времени - атомные ядра различных элементов
состоят из 2х частиц, протонов и нейтронов.
Слайд 6Для характеристики атомных ядер ….
Слайд 10Радиусы ядер хорошо аппроксимируются выражением…..
Плотность числа нуклонов постоянна во внутренней
области ядра
и уменьшается до нуля вблизи его поверхности.
(6)
Слайд 12Энергия связи и масса ядер
(7)
Энергия, выделяющаяся при образовании ядра
Слайд 13Удельная энергия связи… на один нуклон:
(8)
Слайд 14х
Аналогично энергии связи электрона в атоме!
Слайд 15Протоны и нейтроны связаны в ядре ядерными силами.
Большая плотность
ядерного вещества
(~1017 кг/м3).
В ядре реализовано самое интенсивное из всех
видов –
т.н. сильное взаимодействие.
ЯС притяжения между нуклонами
в сотни раз больше
электромагнитных сил отталкивания (протоны в ядре).
Ядерные силы (ЯС)
Слайд 175) зависят от взаимной ориентации спинов взаимодействующих нуклонов.
6) не
являются центральными.
Слайд 18Ядерные реакции (ЯР)
В результате ЯР - новые радиоактивные изотопы, в
том числе, которых нет в естественных условиях
Слайд 19Наиболее интересны для практики – ЯР при взаимодействии ядер с
нейтронами.
(лишены заряда, свободно проникают в атомные ядра и вызывают
их превращения).
Э. Ферми : ЯР вызываются не только быстрыми, но и медленными нейтронами движущимися с тепловыми скоростями.
Первая ЯР (1932 г.) - при бомбардировке протонами большой энергии, полученных на ускорителе:
Слайд 20 В любой ядерной реакции выполняются: законы сохранения :
электрических зарядов и
массовых чисел:
Равны до и после реакций
2)
энергии,
3) импульса,
4) момента импульса.
Слайд 23Порог ядерной реакции
Эндотермические (с поглощением энергии) ЯР возможны при ударе
ядра частицей с пороговой кинетической энергией
(с меньшей ЯР невозможны):
(1)
(2)
Слайд 24Эффективное сечение σ ЯР.
σ – характеризует вероятность того, что при
падении пучка частиц на вещество произойдёт ЯР
[] - (1барн
= 10–28 м2).
σ интерпретируется как площадь сечения ядра X, попадая в которую налетающая частица вызывает ЯР.
Слайд 25Возможны два принципиально различных способа освобождения ядерной энергии:
1) Реакция деления
ядер тяжелых элементов
2) Реакция синтеза ядер легких элементов (термоядерный синтез)
Слайд 26Реакция деления тяжелых ядер - нестабильное ядро делится на два
крупных фрагмента сравнимых масс.
Реакция в общем виде…
Слайд 27Объяснение в капельной модели..
В процессе деления ядро изменяет форму :
шар, эллипсоид, гантель, два грушевидных осколка, два сферических осколка.
Слайд 28 Нейтроны c энергией ~1 МэВ и выше, вызывают деление
ядер урана, тория, плутония и др:
,
Эти ядра делятся нейтронами
любых энергий, но особенно эффективно медленными нейтронами:
(3)
Слайд 33
Ядерный (или атомный) реактор - устройство, в котором поддерживается управляемая
ЦР.
Это тепловая машина.
Выделение тепла - за счет экзотермической реакции
деления ядер.
1 МВт мощности - 3·1016 актов деления ядер в секунду.
Первый ядерный реактор был построен в 1942 г. в США под руководством Э. Ферми.
В СССР - в 1946 г.- под руководством И. В. Курчатова.
Слайд 36При выдвинутых из АЗ стержнях k > 1.
При полностью
вдвинутых стержнях
k < 1.
Вдвигая стержни внутрь АЗ можно
в любой момент времени приостановить развитие ЦР.
Слайд 37Модели ядерных реакторов :
-
Гомогенные реакторы (в АЗ - смесь
ядерного топлива и замедлителя.
Гетерогенные реакторы – в АЗ замедлитель, в
который помещаются кассеты с ядерным топливом - тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). Энергия выделяется в ТВЭЛах.
Слайд 38Реакторы типа ВВРд (PWR)-
водоводяной реактор (строится в Беларуси)
Слайд 39Сборка гетерогенного реактора
В гетерогенном реакторе ядерное топливо распределено в активной
зоне дискретно в виде блоков, между которыми находится замедлитель нейтронов
Слайд 40
ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ
1.Радиоактивность атомных ядер.
2.Виды распада ядер. Закон радиоактивного распада.
3.Взаимодействие излучения
с веществом.
4. Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения
Слайд 41Радиоактивность - способность нестабильных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра
с испусканием радиоактивного излучения.
Естественная радиоактивность - у существующих в
природе неустойчивых изотопов.
Искусственная радиоактивность – у изотопов, полученных в результате ЯР.
Оба явления подчиняется одним и тем же законам.
Слайд 42Впервые А. Беккерель (1896 г.) обнаружил, что соли урана испускают неизвестное излучение,
проникающее через непрозрачные для света преграды и вызывают почернение фотоэмульсии.
М. и П. Кюри (1898 г. ) обнаружили радиоактивность тория и открыли 2 новых радиоактивных элемента – полоний и радий.
Э.Резерфорд, его ученики и др. далее исследовали природу радиоактивных излучений ……
Слайд 43…..радиоактивные ядра могут испускать частицы трех видов: положительно и отрицательно
заряженные и нейтральные…..
К – свинцовый контейнер, П – радиоактивный препарат,
Ф – фотопластинка.
Слайд 45Основные типы радиоактивности
Альфа-распад
Например:
Слайд 47Основной закон радиоактивного распада
Слайд 50Среднее время жизни материнского ядра
(4)
Слайд 54…это - число распадов, происходящих в нем в единицу времени.
(3)
Слайд 56в) захватом электрона из К- оболочки атома.
Слайд 62К-захват
При захвате ядром электрона
(с электронной К-оболочки)
происходит превращение одного
из протонов ядра в нейтрон, что сопровождается испусканием нейтрино:
Слайд 66 Характер взаимодействия излучения с веществом зависит от:
его вида,
энергии, плотности потока, а также от физических и химических свойств
самого вещества.
Слайд 67Упругое рассеяние частиц ИИ– процесс столкновения частиц ……меняются только их
импульсы, а внутреннее состояния остаются неизменным.
Неупругое рассеяние частиц ИИ приводит
к изменению их внутреннего состояния, превращению в другие частицы или дополнительному рождению новых частиц.
Слайд 68Пробег R - минимальная толщина в-ва в направлении скорости частиц
ИИ до их остановки или полного поглощения в-вом.
Слайд 72Проникающая способность всех видов ИИ зависит от энергии частиц или
квантов.
Слайд 73
Дозы и биологическое действие ионизирующего излучения
Доза поглощения - энергия
ИИ, которая поглощается при прохождении через единицу массы вещества.
СИ
-1 Грей (Гр) → 1кг вещества поглощает 1 Дж
энергии излучения.
1 Рад = 10-2 Гр
Слайд 75Эквивалентная доза - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная
на коэффициент качества данного излучения.
СИ - Дж/кг, зиверт (Зв).
Слайд 76Коэффициент качества излучения
Минимальная летальная доза для человека -
6 Зв
за один раз.
Слайд 77Эффективная эквивалентная доза - для оценки ущерба здоровью человека при
неравномерном облучении тела, отдельных его органов с учетом их радиочувствительности.
Костный мозг, толстый кишечник, легкие, желудок - 0,12
Мочевой пузырь, грудная железа, печень, пищевод, щитовидная железа - 0,05
Кожа, клетки костных поверхностей - 0,01
Остальное - 0,05
