Презентация - Ядерные реакции - Энергия связи атомного ядра

2.Энергия связи атомного ядра.
Урок №52
1.Ядерные реакции.
Презентация выполнена учителем МБОУ СОШ №9 г.Ковров Кожевиной Л.Н.

1.Ядерные реакции – искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом
Условия : 1) Частицы вплотную приближаются к ядру и попадают в сферу действия ядерных сил; 2) Частицы должны обладать большой кинетической энергией (…с помощью ускорителей элементарных частиц и ионов)

Механизм деления ядра
Ядро имеет форму шара. Поглотив альфа-частицу , ядро возбуждается и начинает деформироваться, приобретая вытянутую форму. Ядро растягивается до тех пор, пока силы отталкивания между половинками вытянутого ядра не начинают преобладать над силами притяжения, действующими в перешейке. Ядро разрывается на 2 части.

Э.Резерфорд
147N + 42He → 178O + 11H
Первые ядерные реакции (Э.Резерфорд, 1919 г.)

Первые ядерные реакции
Э.Резерфорд, 1932 г.
Li+
H
→
He+
He
7
3
1
1
4
4
2
2
Ядерная реакция на быстрых протонах

Ядерные реакции на нейтронах
1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами почти все элементы периодической системы. Нейтроны, не имея заряда, беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения. Реакции на быстрых нейтронах. Реакции на медленных нейтронах (более эффективны, чем быстрые; n замедляют в обычной воде)
Al + n → Na + He
27
13
1
0
24
11
4
2
1
0

Виды ядерных реакций
Реакции деления- реакции, в которых из «тяжелых» ядер с большим массовым числом образуются ядра, «средние» по массовому числу, лёгкие ядра (в основном, альфа-частицы),нейтрон гамма-кванты.
Реакции синтеза- реакции, в которых из менее массивных ядер образуются более массивные и образуются также различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения.

Деление тяжёлых ядер — экзоэнергетический процесс, в результате которого высвобождается большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции, а также излучения. Деление ядер служит источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.

Деление ядер урана
Открытие в 1938 г. О.Ган, Ф.Штрассман Объяснение в 1939 г. О.Фриш, Л.Мейтнер
Деление происходит под действием кулоновских сил
Rb
94
При бомбардировке нейтронами U образуется 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление на Kr и Ba в соотношении 2/3
235
91
142
α -излучение
γ-излучение

Энергетически очень выгодна!!!
Самоподдерживающиеся – в недрах Земли, Солнца и других звезд. 2. Неуправляемая – водородная бомба!!! 3. Ведутся работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции.
Термоядерная реакция – реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии(реакции синтеза)

Отношение количества нейтронов в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов в предыдущем «поколении» называют коэффициентом размножения нейтронов k
Если k < 1, реакция быстро затухает, Если k = 1, то реакция протекает с постоянной интенсивностью (управляемая), Если k >1, то реакция развивается лавинно (неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву
Цепная ядерная реакция
Для осуществления цепной реакции необходимо, чтобы среднее количество освобожденных нейтронов с течением времени не уменьшалось.

Главное отличие ядерных реакций от химических:
Энергия, выделяющаяся в ядерной реакции( для той же массы вещества),может в миллионы раз превосходить энергию, выделяющуюся в химических реакциях.

Сравнение ядерной энергии и тепловой
=
Деление 1кг урана (3 спичечных коробка)
Сгорание каменного угля целого железнодорожного состава (50 вагонов)

2.Энергия связи атомного ядра

Вспомните, каков состав ядра атома

Есв = ΔM·c² ΔM - дефект масс; С-скорость света в вакууме
Энергия связи атомного ядра – энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны

ΔM - дефект масс- разность масс покоя нуклонов, составляющих ядро атома, и массы целого ядра Mя < Z·mp + N·mn ΔM= Z·mp + N·mn - Mя На 1 а.е.м. приходится энергия связи = 931 МэВ

Еуд =
Есв
А
У ядер средней части периодической системы Менделеева с массовым числом 40 ≤ А ≤ 100 Еуд максимальна
2. У ядер с А>100 Е уд плавно убывает
3. У ядер с А< 40 Еуд скачкообразно убывает
4. Максимальной Еуд обладают ядра, у которых число протонов и нейтронов четное, минимальной – ядра, у которых число протонов и нейтронов нечетное
Наиболее оптимальные способы высвобождения внутренней энергии ядер: - деление тяжелых ядер; - синтез легких ядер.
Удельная энергия связи- энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра

Правила написания ядерных реакций:
В ядерных реакциях сохраняются общее число нуклонов(массовое число) и электрический заряд(зарядовое число),
сумма нижних индексов в левой и правой частях уравнения ядерной реакции одинакова(следствие закона сохранения зарядового числа)
т.е. сумма верхних индексов в левой и правой частях уравнения ядерной реакции одинакова(следствие сохранения массового числа);
Закрепление:

В записи ядерных реакций будем использовать следующие обозначения:

Электрон
Протон
Нейтрон

Самостоятельная работа Вариант 1 I. Напишите уравнения следующих ядерных реакций: алюминий (2713Al) захватывает нейтрон и испускает α-частицу; азот (147N) бомбардируется α-частицами и испускает протон. II. Закончите уравнение ядерных реакций: 3517Cl + 10n → 11p + 136C + 11p → 73Li + 11p → 2 105B + 42He → 10n + 2412Mg + 42He → 2714Si + 5626Fe + 10n → 5625Mn + Самостоятельная работа Вариант 2 I. Напишите уравнения следующих ядерных реакций: фосфор(3115Р) захватывает нейтрон и испускает протон; алюминий (2713Al) бомбардируется протонами и испускает α-частицу. II. Закончите уравнение ядерных реакций: 188О + 11p → 10n + 115B + 42He → 10n + 147N + 42He → 178О + 126C + 10n → 94Be + 2713Al + 42He → 3015Р + 2411Na → 2412Mg + 0-1е

Домашнее задание:
У: §20; З:№19.14,19.18, 19.20, 19.26.