Чому a частки випускаються радіоактивними препаратами. Порядок вибору варіанта та оформлення індивідуального завдання

А чи добре вам знайомі атом і атомне ядро? //Квант. – 1993. – № 9. – С. 48-49.

За спеціальною домовленістю з редколегією та редакцією журналу "Квант"

Ці початкові частки... незрівнянно твердіше, ніж
всяке тверде тіло, складене з них, настільки твердіше,
що вони ніколи не зношуються та не розбиваються на шматки.
І.Ньютон

Розсіяння назад... неможливо отримати..., якщо не вважати, що
основна частина маси атома сконцентрована у невеликому ядрі. Саме тоді в мене
виникла ідея атома з крихітним важким центром, що несе заряд.
Е.Резерфорд

Напевно, справедливо вважати, що ідея атомарної будови речовини виникла з давнього прагнення людини якось упорядкувати навколишній світ. Пошуки вічної та незмінної матерії, з елементів якої складаються всі тіла, почалися в давнину, що тривали століттями, не припиняються і сьогодні. Остаточної відповіді досі немає, але які знахідки виявились на цьому шляху! Складна будоваатома, ядро ​​якого, у свою чергу, виявилося складовим, причому з таких частинок, які самі по собі, поза ядром, не здатні існувати тривалий час. Радіоактивність, взаємоперетворюваність частинок, ланцюгові та термоядерні реакції.

Декілька останніх десятилітьознаменувалися потоком відкриттів, які радикально змінили погляди вчених на будову матерії і поставили масу нових проблем. Принципово перетворився фізичний експеримент, здійснення якого найчастіше вимагає зусиль сотень і тисяч людей. Надзвичайно різноманітними виявилися практичні програмиметодів атомної та ядерної фізики.

Маленька мозаїка сьогоднішнього "Калейдоскопа" лише окреслює контури величезного світу, прихованого в найдрібніших частинкахматерії.

Запитання та завдання

1. Скільки квантів із різною енергією може випустити атом водню, якщо його електрон перебуває на третьому енергетичному рівні?
2. Яким чином у електронної оболонкиатома проявляється прагнення мінімуму потенційної енергії?
3. Чи є зв'язок між частотою обігу електрона навколо ядра атома водню та частотою його випромінювання?
4. Бомбардуючи атоми бору \(_(5)^(11)B\) швидкими протонами, в камері Вільсона отримали три майже однакові сліди частинок, спрямованих у різні сторони. Які це частки?
5. Чому не всі види радіоактивності супроводжуються зміною хімічних властивостейречовини?
6. У яких випадках активність радіоактивного препарату вважатимуться постійною величиною?
7. Що триваліше - три періоди напіврозпаду або два середні часи життя ядер одного і того ж радіоактивного елемента?
8. Альфа-частинки, що випускаються радіоактивною речовиною, можуть мати тільки дискретні значенняенергії. Який звідси можна зробити висновок про можливі значення енергії атомного ядра?
9. Чому альфа-частки, що випускаються радіоактивними препаратами, не можуть викликати ядерних реакційв важких елементах?
10. Чому при альфа-розпаді однакових ядер енергії альфа-частинок однакові, а при бета-розпаді однакових ядер енергії бета-частинок різні?
11. На малюнку наведено фотографію, зроблену в камері Вільсона в момент розщеплення ядра азоту нейтроном з вильотом альфа-частинки. Чому належать тонкий та товстий треки, які видно на фотографії?
12. Якщо нуклони здатні притягуватися один до одного, то чому все ядра досі не злилися в одне гігантське ядро?
13. Чому речовини, що займають місця в середині і наприкінці таблиці Менделєєва, не застосовуються як сповільнювачі нейтронів?
14. Маса спокою атомного ядро ​​завжди менше сумимас спокою нуклонів, у тому числі воно утворилося. Чи можна цій підставі вважати, що з утворенні ядра порушується закон збереження маси?

Мікродосвід

Накаліть, наприклад на газовому пальнику, залізний цвях до «білого коліна». Чи вдасться вам так само розжарити шматок скла?

Цікаво, що...

Фалес Мілетський, родоначальник античної філософії та науки, зводив все різноманіття явищ та речей до єдиної першостихії – води. Анаксимен, представник тієї ж мілетської школи, Спочатку спочатку вважав повітря, зі згущення і розрідження якого виникають всі речі. Сучасник Фалеса Геракліт Ефеський віддавав перевагу вогню, який є також душа і розум.

Планетарну модель атома, названу після дослідів Резерфорда його ім'ям, теоретично розробив ще 1901 року французький фізик Перрен, який прославився експериментальним дослідженням броунівського руху. Стаття Перрена так і називалася: « Ядерно-планетарна будоваатома».

Ще 1815 року единбурзький медик Вільям Проут висловив гіпотезу у тому, що це хімічні елементискладаються з атомів водню. А 1911 року Резерфорд не втримався від припущення, що атомні ядраскладаються з альфа-часток.

Резерфорд вважав, що величина заряду ядра пропорційна атомної вагиелемент. Вірну ж ідею про пропорційність заряду номеру елемента в періодичної таблицівисунув голландський фізик-аматор Ван дер Брук. Резерфорд поставився до цього скептично: «...кумедний домисел, що не має достатнього обґрунтування».

Якби Енріко Фермі вдалося повністю пояснити результати своїх дослідів із штучної радіоактивності, викликаної нейтронами, то весь світ уже 1934 року дізнався б про можливість створення атомної бомби. На той час був ще живий Резерфорд, який категорично заперечував використання ядерних реакцій для практичних цілей.

Ядерно-фізичні методи успішно використовуються в криміналістиці, дозволяючи досліджувати речовини масою менше 10 -10 г, наприклад для ідентифікації людей по крихітних залишках їх волосся.

Для внутрішнього обігріву «Місячника» при його багатомісячній роботі на поверхні Місяця на ньому було встановлено тепловий блок, що складається з герметичних ампул із радіоактивними речовинами.

Природна радіоактивність чоловіків і жінок різна – через різного змістуу їхніх організмах радіоактивного ізотопу калію-40.

Що читати в «Кванті» про атом і ядру

(Публікації останніх років)

1. «Крапельна модель ядра» – 1986, № 5, с. 23;
2. «Атомна фізика у завданнях» – 1986, № 12, с. 43;
3. «Ядерні спектри» – 1987, №3, с. 42;
4. «Супервитягнуті ядра» - 1988 № 11-12, с. 32;
5. «Альфа-частинки та досліди Резерфорда» - 1989, №3, с. 49;
6. «Нейтрони шукають вбивцю» – 1989, № 5, с. 44;
7. «За межі таблиці» – 1991, № 1, с. 38;
8. «Відсутні «елементи» – 1991, № 5, с. 43;
9. «Фізика проти шахраїв» – 1991, № 8, с. 7;
10. «Нейтрон та ядерна енергія» – 1992, № 8, с. 2.

Відповіді

1. При випромінюванні фотона збудженим атомом потенційна енергіяатома зменшується.
2. Альфа-частки: \(_(5)^(11)B + _(1)^(1)p = 3_(2)^(4)He\)
3. Хімічні властивості речовини визначає заряд ядра. А при гамма-випромінюванні, наприклад, заряд ядра не змінюється.
4. Коли час спостереження мало порівняно з періодом напіврозпаду препарату.
5. Три періоди напіврозпаду.
6. Енергія ядра може набувати лише дискретних значень.
7. Енергії частинки недостатньо, щоб подолати силу відштовхування ядра важкого елемента.
8. При бета-розпадах крім електронів вилітають ще й нейтрино, що забирають частину енергії, причому ця енергія може змінюватися в дуже широких межах.
9. Частинки із великим зарядом залишають трек більшої товщини. У нашому випадку тонкий слід утворює альфа-частка, а жирний - ядро ​​одержаного реакції бору.
10. Вже у перших трансуранових елементів дія кулонівських силВідштовхування протонів призводить до нестійкості ядер.
11. При зіткненні нейтрона з атомом останньому передається більше енергії, що менше його маса.
12. Ні, не можна. Недостатню масу забирають випромінювані при утворенні ядра γ-кванти.

Мікродосвід

У металах валентні електронилегко переходять у збуджений стан, поглинаючи теплову енергію, і так само легко повертаються у нормальне, віддаючи енергію у вигляді світла. У склі всі електрони міцно пов'язані з ядрами атомів і насилу змінюють своє енергетичний стан. Щоб отримати помітне свічення скла, потрібна значно вища температура.

Матеріал підготував О.Леонович

В індивідуальному завданні виконується шість завдань, номери яких визначаються відповідно до послідовності букв у прізвищі студента за таблицею 4.1.

Таблиця 4.1 – Варіанти завдань

Перше завдання вибирається згідно з першою літерою прізвища, друге - за другою літерою і т.д. Наприклад, прізвище студента Чимківський. У цьому випадку першим обирається завдання № 4. другим – № 19, третім – № 23, четвертим – № 31, п'ятим – № 45, шостим – № 53.

Якщо прізвище студента складається менш ніж з шести літер, то кількість, що їх бракує, доповнюється повторним її використанням.

При виконанні індивідуального завданнянеобхідно виконати такі умови:

Номери виконуваних завдань повинні відповідати умовам їх вибору та мають бути зазначені на першому аркуші;

Виконання завдань передбачає використання рекомендованої літератури, проте можливе залучення й іншої спеціальної літератури, яка є у вашому розпорядженні;

Сторінки індивідуального завдання повинні бути пронумеровані, під час розрахунків та відповідей необхідно робити відповідні пояснення.

Допишіть ядерні реакції:

2. Яке ядро ​​утворюється в результаті: альфа-розпаду ізотопу урану; електронного бета-розпаду ізотопу водню

3. Яке ядро ​​утворюється в результаті: альфа-розпаду ізотопу азоту; позитронного бета-розпаду ізотопу міді?

5. Написати реакції альфа-розпаду урану та бета-розпаду свинцю

6. Допишіть ядерні реакції:

7. При опроміненні ізотопу міді протонами реакція може йти кількома шляхами: із виділенням одного нейтрона; із виділенням двох нейтронів; з виділенням протону та нейтрону. Ядра яких елементів утворюються у кожному разі? Запишіть реакції розпаду.

8. Радіоактивний марганець одержують двома шляхами. Перший шлях полягає в опроміненні ізотопу заліза дейтронами, другий - в опроміненні ізотопу заліза нейтронами. Написати ядерні реакції.

9. При бомбардуванні заліза нейтронами утворюється бета-радіоактивний ізотоп марганцю з атомною масою 56. Написати реакцію отримання штучно радіоактивного марганцю і реакцію наступного бета-розпаду, що відбувається з ним.

10. При бомбардуванні ізотопу бору альфа-частинками утворюється

ізотоп азоту Яка при цьому викидається частка? Ізотоп азоту

є радіоактивним, що дає позитронний розпад із випромінюванням нейтрино. Написати реакцію.

11. Скільки атомів полонію розпадається за добу з 10 6 атомів, якщо період напіврозпаду його дорівнює 138 діб?

12. Період напіврозпаду ізотопу стронцію становить 51 добу. Скільки ядер ізотопу зазнає розпаду за 102 доби, якщо початкова кількість радіоактивних ядер 10 9 ?

13. Скільки радіоактивних ядерізотопу масою m=10 -4 кг залишиться у зразку через 7 діб?

14. Найкраще нейтронне випромінювання послаблює вода (у 4 рази краще за бетон і в 3 рази краще за свинець). Товщина шару половинного ослаблення нейтронного випромінювання для води дорівнює 3 см. У скільки разів послабить нейтронне випромінювання шар води завтовшки 30 см?

15. Гамма-випромінювання найкраще поглинає свинець (в 1,5 рази краще за сталеву броню і в 22 рази краще за воду). Товщина шару половинного ослаблення гамма-випромінювання для свинцю дорівнює 2 див. Якої товщини потрібен шар свинцю, щоб послабити гамма-випромінювання у 128 разів?

16. Маса препарату дорівнює 65 мг. Визначити його активність.

17. Яка частина йоду, що спочатку випав в результаті аварії на ЧАЕС, розпалася в перші два місяці після аварії?

18. Обчислити товщину шару води, у якому інтенсивність гамма-променів зменшиться вчетверо. Лінійний коефіцієнт ослаблення води прийняти рівним 0,047 см -1 .

19. З кожного мільйона атомів якогось радіоактивного ізотопу щомиті розпадається 200 атомів. Визначити період напіврозпаду ізотопу.

20. Активність радіоактивного елемента зменшилась у 4 рази за 8 діб. Знайдіть період напіврозпаду елемента.

21. Для виявлення місця течі в трубопроводах, заритих глибоко а землю, в рідину, що транспортується, додають радіоактивні речовини. Як, використовуючи лічильник Гейгера, визначити місце течі?

22.Чому нейтрони є більш ефективними снарядами під час бомбардування ядер, ніж заряджені частинки, що випускаються радіоактивними елементами?

23. Чи існує межа потужності ядерного та термоядерного вибухів? Відповідь поясніть.

24. У чому різниця процесів поділу ядер урану в реакторі та атомній бомбі?

25. Чим пояснюється, що лічильник Гейгера реєструє виникнення іонізованих частинок і тоді, коли поблизу нього немає радіоактивного препарату?

26.Чому радіоактивні препарати зберігають у товстостінних свинцевих контейнерах?

27.Де більше довжина пробігу альфа-частинки: біля Землі чи верхніх шарах атмосфери?

28. Яка частка радіоактивних ядер розпадається за час, що дорівнює половині періоду напіврозпаду?

29. Чи змінюються місцеве число, маса та порядковий номер елемента при випусканні ядром гамма-кванта?

30.Чому альфа-частинки, що випускаються радіоактивними препаратами, не можуть викликати ядерних реакцій у важких елементах, хоча вони викликають їх у легенях?

31.На спектрометрі із середньою помилкою визначення 20% при визначенні об'ємної активності молока обсягом проби 500 мл зафіксовано 500 імпульсів за 100 з виміру. Визначити об'ємну активність молока та відповідність його нормативів РДУ-99.

32. Еквівалентна доза зовнішнього гамма-випромінювання, яка отримує людина від проживання в деякому населеному пункті, становить 0,1 бер/рік. Визначити потужність експозиційної дози, зумовлену гамма-випромінюванням радіонуклідів у ґрунті. Відносний час перебування на відкритій місцевості прийняти рівним 0,3.

33. Використовуючи значення потужності експозиційної дози, зумовленої гамма-випромінюванням радіонуклідів, що знаходяться у ґрунті, 60 мкР/год та відносного часу перебування людини на відкритій місцевості 0,25, визначити еквівалентну дозу зовнішнього опромінення людини за рік.

34. Потужність еквівалентної дози робочому місці персоналу становить 5x10 -9 Зв/с. Протягом року робота проводиться 1600 годин. Чи потрібний для персоналу спеціальний захист?

35. За нормами радіаційної безпеки (НРБ-2000) гранично допустима доза опромінення для персоналу становить 50 мЗв/год. Протягом року людина працює 1700 годин. Розрахувати гранично допустиму потужність еквівалентної дози (зв/с) на робочому місці.

36 При рентгенівському обстеженні грудної клітини середні еквівалентні дози опромінення органів і тканин пацієнта представлені в таблиці, наведеній у задачі 49. Визначити ефективну еквівалентну дозу, яку пацієнт отримує при даному виді обстеження.

37 В організм людини одноразово надійшло 3x10 -13 кг ізотопу, з якого десята частина перейшла до щитовидної залози. Маса щитовидної залози 25 г, поглинена енергія на один розпад 0,25 МеВ/розпад, період напіврозпаду 5,25 діб. Визначити еквівалентну дозу опромінення щитовидної залози за 8 наступних діб.

38 В організм людини одноразово надійшло 3x10 -15 кг ізотопу
з якого десята частина перейшла до щитовидної залози. Маса щитовидної залози 20 г, поглинена енергія на один розпад 0,25 МеВ/розчин, період напіврозпаду 29 років. Визначити еквівалентну дозу опромінення щитовидної залози за 15 наступних діб.

39 Потужність еквівалентної дози на робочому місці дорівнює 10 -10 Зв/с. Людина працює на добу 6 годин. Чи потрібно створення спеціальної захисту?

40 Середня поглинена доза випромінювання співробітником, який працює з рентгенівською установкою, дорівнює 7 мкГр/год. Чи небезпечна робота співробітника протягом 200 днів на рік по 6 годин на день, якщо гранично допустима доза опромінення дорівнює 50 мГр/рік?

41 Потужність дози гамма-випромінювання радіоактивних ізотопів у зоні аварії на атомній електростанції 20 рад/год. Скільки годин може працювати в цій зоні людина, якщо допустимою дозою опромінення в аварійній обстановці прийнято дозу 25 рад?

42 Активність препарату цезію дорівнює 15 Кu. Визначити його масу.

43 Яка частина первісної кількості стронцію, що випала в результаті катастрофи на ЧАЕС, розпалася за минулий час (25 років), якщо період його напіврозпаду дорівнює 29,1 року?

44 Обчислити товщину шару половинного ослаблення гамма-випромінювання для води, якщо лінійний коефіцієнтослаблення дорівнює 0,047 см -1.

45 При визначенні радіонукліда, яким забруднена навколишня місцевість, використовувався звичайний лічильник імпульсів індивідуального користування. Спочатку його середнє показання було 390 імп./хв., а через 10 діб - 201 імп./хв. Розрахувати період напіврозпаду радіонукліду та визначити його.

46 На гамма-радіометрі з ефективністю реєстрації 20% при вимірюванні об'ємної активності молока об'ємом 357 мл протягом 100 с зареєстровано 650 імпульсів. Чому дорівнює об'ємна активність молока? Чи придатне воно для вживання?

47 Потужність експозиційної дози, зумовленої гамма випромінюванням радіонуклідів у ґрунті, у деякому населеному пункті становить 60 мкР/год. Знайти еквівалентну дозу зовнішнього гамма-випромінювання, одержувану жителем цього населеного пунктупротягом року за час перебування поза житлом, приймаючи відносний час перебування людини на відкритій місцевості рівним 0,2.

48 До організму людини одноразово надійшло 5x10 -13 кг радіонукліду йод-131 Визначити еквівалентну дозу щитовидної залози людини за 10 днів. Масу щитовидної залози прийняти рівною 25 г, поглинену енергію на один розпад - 0,19 МеВ / розп., Період напіврозпаду - 8,04 діб Вважати, що в щитовидну залозу перейшло 0,35 від всієї кількості йоду-131, що надійшов в організм.

49 Нижче в таблиці наведено середні еквівалентні дози опромінення органів та тканин пацієнта при рентгенологічному обстеженні грудної клітки. Визначити ефективну еквівалентну дозу, отриману пацієнтом під час обстеження.

50 Чи потрібне створення спеціального захисту, якщо на робочому місці персоналу від джерела іонізуючих випромінювань потужність еквівалентної дози становить Зв/с? Доза опромінення розподілена за роком рівномірно. Протягом року робота проводиться 2800 годин.

51 Природні радіонукліди земного походження. Вплив калію-40 та радону на людину.

52 Штучні джерела іонізуючих випромінювань. Радіаційний фон.

53 Радіочутливість органів прокуратури та систем людини, їх реакція на опромінення.

54 Внутрішнє та зовнішнє опромінення, способи захисту від нього Можливості тваринного та рослинного світу протистояти опроміненню.

55 Особливості вертикальної та горизонтальної міграції радіонуклідів.

56 Способи зниження вмісту радіоактивних речовин у продуктах харчування тваринного походження

57 Способи зниження вмісту радіоактивних речовин у продуктах харчування рослинного походження.

58 Дезактивація території, об'єктів, техніки, продуктів харчування.

59 Природне та прискорене виведення радіонуклідів з організму. Біологічний період напіввиведення.

60 Санітарно-гігієнічні заходи під час проживання та ведення присадибного сільськогосподарського виробництва в умовах радіоактивного забруднення території.

Пристрій, у якому відбувається керована ланцюжкова реакціяподілу ядер, називається ядерним реактором. Як речовина, що ділиться (ядерного палива) застосовують уран і плутоній (одержуваний штучно радіоактивний елементз порядковим номером ).

Ядерні реактори використовуються для вироблення енергії, для отримання штучних радіоактивних ізотопів (у тому числі трансуранових елементів, тобто елементів с) як джерела потужних пучків нейтронів. Розглянемо ці застосування.

1. Одержання енергії. Уламки розподілу гальмуються в урані дуже малому шляху (менше ). З огляду на це майже вся енергія, що звільняється в реакторі, виділяється у вигляді тепла в масі урану. Це тепло можна використовувати, наприклад, для нагрівання та випаровування рідини, що омиває уран, і потім через посередництво турбіни або іншої теплової машини перетворити його на механічну і далі в електричну енергію(Рис. 409). Перша у світі атомна електростанція, Заснована на такому принципі, була здійснена в Радянському Союзі в 1954р. (Рис. 410). Креслення реактора цієї електростанції наведено на рис. 411. Головною частиноюреактора є "паливні" елементи з ураном, поміщені в графітовий сповільнювач. «Паливні» елементи є дві тонкостінні трубки з нержавіючої сталі, вставлені одна в одну. У порожнину між трубками герметично зашпаровується уран, а внутрішня порожнина утворює канал для протікання води, що відбирає тепло, що виділяється в урані при роботі реактора. Герметична закупорка урану необхідна зважаючи на його хімічну нестійкість, а також для запобігання витоку шкідливих радіоактивних газів, що утворюються як продукти поділу. Для полегшення розвитку ланцюгової реакції «паливні» елементи виготовлені з урану, штучно збагаченого ізотопом, що легко діляється (у застосованому збагаченому урані міститься) проти 0,7% в природному урані).

Рис. 409. Принципова схемаатомної електростанції. Уранові стрижні реактора омиваються теплоносієм (газом, порожнистим або розплавленим металом). який відбирає тепло, що виділяється в стрижнях, і теплообміннику передає його воді, що утворює пару. Пара, як і на звичайній електростанції, приводить у рух парову турбіну і з'єднаний з нею електрогенератор. В іншому варіанті, який також знаходить застосування, пар утворюється безпосередньо в реакторі, а теплообмінник відсутній

Рис. 410. Загальний виглядатомної електростанції (1954): 1 - реактор. 2 - підйомний кран для заміни «угорілих» уранових стрижнів, 3, 4 - насос з електродвигуном, що забезпечують циркуляцію води через реактор, 5 - теплообмінник, 6 - приміщення управління реактором (пульт управління), 7 - щит з приладами, що сигналізують про появу неприпустимої радіоактивності у різних приміщеннях станції

Дія уранового реактора супроводжується інтенсивною радіоактивністю. Для захисту людей від радіоактивних випромінюваньта від нейтронів, які у великих дозах також шкідливі для здоров'я, реактор оточується товстостінним захистом з бетону та інших матеріалів (рис. 411, 412).

Рис. 411. Реактор першої радянської атомної електростанції: 1 - графітова кладка реактора, поміщена в герметичну сталеву оболонку; штриховими лініями окреслено активну зону реактора, в якій розташований уран; решта графіту служить відбивачем нейтронів; 2 - верхня плита (чавун), 3 - один із 128 робочих каналів, в яких збожеволіють уранові стрижні і протікає охолоджувальна вода (тиск 100 атм); 4 - канал для переміщення регулюючого стрижня, що містить поглинач нейтронів (бор); регулюючі стрижні служать для регулювання потужності реактора та припинення реакції; 5 - іонізаційна камера для вимірювання інтенсивності реакції в реакторі, 6 - водяний захист, що затримує нейтрони, 7,8 - підведення та відведення води з реактора, 9 - верхня захисна кришка (чавун), 10 - бетонний захист (в основному від -випромінювання)

Рис. 412. Верхня частинареактора без кришки. Видно мотори пересування регулюючих стрижнів. Нижче – трубки для підведення води до робочих каналів

Як джерело енергії ядерний реактор чудовий малою витратою палива. Поділ 1г з теплоутворення рівноцінно спалюванню кількох тонн кам'яного вугілля. Це особливо перспективним застосування реакторів у пунктах, віддалених від покладів вугілля й нафти, і навіть на транспорті - на кораблях, підводних човнах, літаках. У СРСР споруджено низку великих атомних теплоелектростанцій, побудовано кілька криголамів з атомними двигунами, є атомні підводні човни.

Ядерна енергетика має величезне значеннядля майбутнього. Підраховано, що за сучасних темпів зростання світового споживання енергії людство вже через 50 років може зіткнутися з гострою нестачею вугілля та нафти. Використання урану рятує становище, оскільки запас енергії у земних ресурсах урану в 10-20 разів перевищує запас енергії в покладах викопних органічних палив. Проблема джерел енергії отримає остаточне рішення, коли буде розроблено керовану термоядерна реакція(Див. §228).

2. Трансуранові елементи. При опроміненні урану нейтронами ізотоп перетворюється на . Останній нестійкий; зазнаючи -розпад, він утворює ізотоп елемента 93 - нептунія (). У свою чергу відчуває -розпад і в короткий час (період напіврозпаду 2,35 дня) перетворюється на ізотоп елемента 94 - плутонію (). Плутоній-239 також нестійкий, але розпадається дуже повільно (період напіврозпаду 24 000 років). Тому він може накопичуватись у великих кількостях. Подібно до урану-235, плутонний-239 є гарним «ядерним пальним», придатним для пристрою. ядерних реакторів, а також атомних бомб. Для отримання плутонію використовують реактори з природного урану із сповільнювачем. У цих реакторах значна частка нейтронів поглинається в урані-238, утворюючи зрештою плутоній. Плутоній, що накопичився в урані, може бути виділений хімічними методами. Іншим штучним ядерним пальним є ізотоп урану з періодом напіврозпаду 162 000 років, якого в природному урані немає, утворюється, аналогічно плутонію, внаслідок опромінення нейтронами торію. Таким чином, речовини, що важко діляться - і торій - можуть бути перероблені в цінне ядерне пальне. Ця можливість дуже істотна, так як і торія на Землі набагато більше, ніж . Нептуній та плутоній є представниками трансуранових елементів, розташованих у таблиці Менделєєва за ураном.

Після плутонією було отримано ще ряд трансуранових елементів до елемента 107. У природі трансуранові елементине виявлено: вони всі радіоактивні та порівняно з геологічним вікомЗемлі короткоживучий.

3. Одержання радіоактивних речовин. У реакторі, що діє, мають місце інтенсивні потоки нейтронів, що утворюються при реакції поділу. Опромінювали речовини нейтронами всередині реактора, одержують різні штучно-радіоактивні ізотопи (пор. реакцію (222.1)). Іншим джерелом радіоактивності в реакторі є уламки поділу урану, більшість яких нестійка.

Штучно-радіоактивні елементи знаходять багато застосувань у науці та техніці. Речовини, що випускають випромінювання, використовуються замість більш дорогого радію для просвічування товстих металевих предметів, для лікування раку і т. д. Властивість великих доз випромінювання вбивати живі клітини мікроорганізму використовується при консервуванні продуктів харчування. Радіоактивні випромінювання починають використовуватися у хімічній промисловості, оскільки вони сприяють перебігу багатьох важливих хімічних реакцій. Особливо цікавим є так званий метод мічених атомів. Цей метод використовує той факт, що за хімічними та багатьма фізичним властивостям радіоактивний ізотопне відрізняються від стійких ізотопів того ж елемента. У той же час радіоактивний ізотоп легко може бути пізнаний за своїм випромінюванням (за допомогою, наприклад, газорозрядного лічильника). Додаючи до досліджуваного елементу радіоактивний ізотоп і вловлюючи надалі його випромінювання, ми можемо простежити шлях цього елемента в організмі, хімічної реакції, при плавленні металу і т.д.

Значення ядерної енергії. Минуло кілька років від часу відкриття способу використання ядерної енергії в земних умовах. Відкриття це вже дало свої перші плоди. Безперечно, подальший розвитокспособів отримання та використання ядерної енергії створить нові небачені можливості для науки, техніки, промисловості Масштаб цих можливостей на нинішньому етапі важко ще повністю уявити. Звільнення ядерної енергії означає колосальне розширення влади людини над природою за умови, однак, що ядерна енергія буде використана для мирних цілей. радянський Союз, володіючи атомними та водневими бомбами, бореться за використання атомної енергіїтільки для мирних цілей, за заборону атомної та водневої зброїта інших засобів масового знищеннялюдей.

Зазначимо ще, що створення ядерних реакторів - це один із найбільш значних плодів науки про внутрішній будовіречовини. Випромінювання невидимих, невловимих атомів і атомних ядер призвело до цілком відчутного і зримого практичного результату - звільнення та використання ядерної енергії, прихованої в урані. Цей успіх переконливим чином доводить, що наші наукові уявленняпро атомі і атомному ядрі є істинними, тобто переважно правильно відображають об'єктивну дійсність природи.

36. Зашипіть символічно такі ядерні реакції: а) зіткнення двох дейтронів між собою, в результаті якого утворюються дві частинки, легша з яких - протон; б) те саме, але більше легка частка- нейтрон (символ, маса дорівнює одиниці, заряд дорівнює нулю); в) зіткнення протона з ядром ізотопу літію з масою 7 з утворенням двох частинок; г) зіткнення дейтрона з ядром алюмінію з утворенням в результаті нового ядра та протона.

37. Чому -частки, що випускаються радіоактивними препаратами, не можуть викликати ядерних реакцій у важких елементах, хоча вони викликають їх у легенях?

38. Азот опромінювався протягом 1ч пучком-часток, прискорених у циклотроні. Знайдіть кількість утвореного , якщо струм у пучку дорівнює і якщо ядерну реакцію (218.1) викликає одна частка з кожних 100 000 частинок в пучку.

39. Запишіть такі ядерні реакції: а) розщеплення -квантом дейтрона на протон та нейтрон; б) захоплення нейтрона протоном з випромінюванням -кванта; в) розщеплення -квантом ядра з утворенням двох -часток: г) захоплення нейтрона ядром ізотопу азоту з масою 14 з випромінюванням протона; д) зіткнення ядра берилію з дейтроном з випромінюванням нейтрона.

40. Пучок швидких нейтронів перетинає залізну пластинку завтовшки. Знайдіть частку нейтронів, які зазнають зіткнення з ядром заліза, якщо радіус останнього . Вказівка. Шукана величина дорівнює частці поверхні пластинки, перекритої ядрами.

41. Застосувавши до пружного ударукуль закони збереження енергії та імпульсу, обчисліть частку енергії, яку втрачає нейтрон при лобовому зіткненні з ядром маси А а.е.м. Обчисліть максимальну втрату енергії нейтроном при зіткненні з протоном, ядром вуглецю та ядром свинцю.

42. При зіткненні з протоном нейтрон втрачає ту чи іншу частку власної енергії залежно від характеру зіткнення (лобове, бічне). У середньому в результаті одного зіткнення з протоном, що покоїться, енергія нейтрона зменшується вдвічі. Знайдіть середню енергіюнейтрону після зіткнень з протонами.

43. Знайдіть середню кількість зіткнень з протонами, необхідне зменшення енергії нейтрону від до (див. вправу 42).

44. Три однакові платівки срібла опромінювалися нейтронами за однакових умов, але тривалість опромінення була різною: , , . Вимірювання активності періодом напіврозпаду 2,3 хв показали, що активність другої платівки в кілька разів більша за активність першої, а активність третьої платівки дорівнює активності другої. Поясніть цей результат.

45. У камері Вільсона, перегородженою твердою платівкою, помічено слід частинки, що перетинає платівку (рис. 413). В яку сторону рухається частка? Який знак її заряду, якщо силові лінії магнітного поля спрямовані на нас?

Рис. 413. До вправи 45. Слід зарядженої частки камери Вільсона. Частка перетнула платівку П. Камера містилася в магнітом полі, лінії якого спрямовані на нас.

46. Чому радіоактивні речовини, одержувані бомбардуванням стійких ядер -частинами, відчувають електронний розпад, якщо вихідної реакції виділяються протони, і позитронний розпад, якщо вихідної реакції виділяються нейтрони?

47. Визначте мінімальну енергію -квантів, необхідну для розщеплення ядер берилію та вуглецю за реакціями

Значення мас частинок, що беруть участь у реакціях, див. у таблиці на с. 560.

48. Ядро, випускаючи частинку з енергією, перетворюється на ядро. Визначте масу атома, якщо маса атома дорівнює 238,1249 а. Маса атома наведено на с. 560.

49. Найкраща точність, з якою виміряна маса атома чи молекули, становить мільйонну частку а.е.м. (0,000001 а.е.м.). Чи можна за цих умов використовувати закон Ейнштейна для розрахунку виділення енергії при хімічних реакціяхза виміряними значеннями мас частинок, що беруть участь у реакції (виділення енергії при хімічних реакціях не перевищує )?

50. Які частинки - позитрони або електрони - будуть випускати уламки поділу якщо одним з них є? (Природний барій складається з ізотопів з масами від 130 до 138 а.е.м., природний криптон складається з ізотопів з масами від 78 до 86 а.е.м.)

51. Знайдіть потужність реактора, у якому ділиться 1г на добу. Повне виділенняенергії при розподілі одного ядра прийняти рівним.

52. Кінетична енергіяуламків розподілу становить; енергія нейтронів поділу -; енергія -випромінювання -.

Яка приблизно частка енергії, що звільняється в реакторі, що складається з сповільнювача та тонких стрижнів урану, виділяється в урані і яка у сповільнювачі?

53. У якому разі критична маса урану в реакторі менша: коли реактор межує з повітрям або коли він оточений щільною речовиною, що слабко поглинає нейтрони?

54. З-поміж вторинних нейтронів, що випускаються при розподілі урану в реакторі, одна частина гине, не викликавши нових поділів (вилітає за межі реактора або захоплюється ядрами матеріалів реактора), інша частина викликає нові поділу ядер урану. Число нових поділів, що виробляються вторинними нейтронами, випущеними при розподілі одного ядра урану, називається коефіцієнтом розмноження реактора (). Коефіцієнт розмноження показує, у скільки разів зростає кількість поділів протягом одного покоління нейтронів. до Вт.

57. По нафтопроводу качають бензин, а слідом за ним нафту. Запропонуйте спосіб, як визначити момент, коли через цей переріз трубопроводу проходить межа розділу бензину та нафти. Пробу з трубопроводу не брати