Презентація на тему:
Атомне ядро. Ядерна енергетика

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕПАРТАМЕНТ НАУКИ І ОСВІТИ ХАРКІВСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ ДАРЖЕВНОЇ АДМІНІСТРАЦІЇ ХАРКІВСЬКИЙ ПРОВЕСІЙНИЙ ЛІЦЕЙ МАШИНОБУДУВАННЯ ДИДАКТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ ДЛЯ ОРГАНІЗАЦІЇ САМОСТІЙНОЇ НАВЧАЛЬНО-ПІДЗНАВАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ ТА РОЗВИТОКУ ЇХ ТВОРЧИХ ЗДІБНОСТЕЙ ПІД ЧАС ВИВЧЕННЯ ТЕМИ “АТОМНЕ ЯДРО. ЯДЕРНА ЕНЕРГЕТИКА” ПІДГОТУВАЛА ВИВКЛАДАЧ ПРЕДМЕТУ ФІЗИКА Райнко Н.І. м. ХАРКІВ-2013р.

Анотація Папка призначена для вивчення теоретичного матеріалу за темою: “ Атомне ядро. Ядерна енергетика в 9 кл. за програмою “Фізика. Астрономія, 7-12кл” для учнів які отримують базову загальну середню освіту в Харківському професійному ліцеї машинобудування на базі неповної базової загальної середньої освіти. Мета: навчальна: ввести поняття атомне ядро, роз'яснити види радіоактивного випромінювання; рівні радіоактивного фону, допустимі для життєдіяльності людського організму. сформулювати поняття радіоактивності, активності радіонукліда. розвивальна розвивати ставлення в учнів цілісного наукового світогляду,загальнонаукової, загальнокультурної, технологічної, комунікативної і соціальної компетентності на основі засвоєння системи знань. виховна сформувати в учнів бажання і вміння вчитися, виховати потреби і здатності до навчання упродовж всього життя, вироблення умінь практичного і творчого застосування здобутих знань. Учні повинні знати: поняття: радіоактивності, ядерної моделі атома, протонно – нейтронну будову ядра атома закони: радіоактивних перетворень атомних ядер будову і дію дозиметра Учні повинні вміти: користуватися дозиметром; пояснити іонізуючу дію радіоактивного випромінювання класифікувати види радіоактивного випромінювання; характеризувати природний радіоактивний фон, його вплив на живі організми; оцінити активність радіонукліда за табличними даними; розв'язувати задачі застосовуючи формули активності радіонукліда, поглиненої дози випромінювання, потужності радіоактивного випромінювання. Підручник: Шут М.І., Мартинюк М.Т., Благодаренко Л.Ю. Фізика для 9 класу загальноосвітніх навчальних закладів. Київ; Ірпінь: Перун, 2009.-224с.

Зміст програмного матеріалу за темою Атомне ядро. Ядерна енергетика.

- Цей світ дивно побудований - В порівнянні з чим? Як правило, народження атомної ери пов'язують з грохотом першого атомного вибуху. Для багатьох наука про атоми назавжди прописана золою атомного вибуху, фізик – атомник, як злий чаклун. Але саме атомна фізика, привела людство передивитись філософію знань, вплинула на політику цілих держав. Всі її досягнення стали тепер загальнолюдськими, і кожній сучасній людині необхідно мати про них хоч би прості уяви. Вивчаючи цей розділ, ви поглибити свої знання про будову атома і атомного ядра, ознайомитись з явищем радіоактивності, з видами радіоактивного випромінювання, навчитесь оцінювати їхній вплив на живі організми. Для нас, українців, такі знання є особливо актуальними, оскільки значна кількість областей України постраждали від радіоактивних випромінювань внаслідок аварії на Чорнобильській атомній електростанції, яка сталася в 1896р. Я буду вважати свою роботу на марною, якщо читач зрозуміє необхідність цього дивного світу, відчує неминучість його квантових химер і, нарешті, прийме їх і признає природними.

Без сумніву, багато хто з вас восени 2008 р. чув про запуск найпотужнішої фізичної установки сучасності – великого адронного колайдера. Витрати на його створення були величезними: Німеччина, Франція, Японія мусили об’єднати свої зусилля, щоб побудувати це диво техніки. А почався процес вкладання “ великих коштів ” у фізику ще в 40-х рр. минулого століття, коли вчені винайшли способи розщеплення атомного ядра. Про те, навіщо розщеплювати атомні ядра і чому уряди різних країн у великих обсягах фінансують досліджування першооснови матерії, ви дізнаєтеся з цієї теми. Найбільша на сьогодні дослідницька установка-прискорювач заряджених частинок, перший запуск якого відбувся в 2008р. а- вигляд з середини; б- схематичне зображення б а

Джозеф Джон Томсон показав на основі класичної електромагнітної теорії, що розміри електрона мають становити близько 10-15м. Крім того, було відомо, що розміри атомів становлять близько 10-10 м. На цій підставі Томсон 1903 року запропонував модель атома, відповідно до якої атоми являють собою однорідні кулі з позитивно зарядженої речовини, у якій перебувають електрони. Сумарний заряд електронів дорівнює позитивному заряду атома, тому атом у цілому електрино нейтральний Ідея про атомне ядро на момент проведення досліду Резерфорда не була новою. У 1906р. її висунув англійський фізик Джонстон Стоні, як одну з можливостей схем будови ядра. А до Стоні така ж ідея належала японському фізику Нагаоці та ще деяким ученим. Але всі ці гіпотези були теоретичними,тоді як ідеї Резерфорда ґрунтувалися на результатах експерименту. Ім'я видатного українського фізика – теоретика, Дмитра Дмитровича Іваненка відоме не тільки в країнах СНД, а й далеко за кордоном. Народився Д.Д. Іваненко 1904р. в сім'ї вчителів у Полтаві. Ернест Резерфорд(1871-1937) - видатний англійський фізик. Заклав основи вчення про радіоактивність і будову атома, здійснив першу ядерну реакцію, передбачив існування нейтрона. Лауреат Нобелівської премії (1908р.), член усіх академій наук світу. Нільс Бор (1885-1962) - видатний датський фізик. Побудував квантову теорію атома. Бор активно приймав участь в боротьбі проти атомної загрози людству

ВІДКРИТТЯ АТОМНОГО ЯДРА. ДОСЛІД РЕЗЕРФОРДА Схема досліду з вивчення будови атома Траєкторії альфа – частинок, що пролітають на різних відстанях Спінтарископ – прилад для реєстрації α- частинки. складається з напівпрозорого екрана, попадання кожної α- частинки на екран супроводжувалося спалахом(сцинтиляцією), який виникав унаслідок того, що екран був покритий спеціальною речовиною - сірчаним цинком, і спостерігається спалах через мікроскоп. У 1908-1911рр. Ернестом Резерфордом було здійснено серію дослідів, схему яких наведено на рис. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДУ РЕЗЕРФОРДА: а) більшість α- частинок не відхилялась; б) менша частина їх кількості відхилялася на великі кути; в) дуже незначна частина кількості α- частинок відхилялася на великі кути; г) чим менше відстань між траєкторією α- частинки і ядром, тим на більший кут відхиляється α- частинка.

Модель атома Гідрогену. Ядерна модель атома. Траєкторія α – частинок. Модель атома Томсона

АТОМ – СКЛАДАЄТЬСЯ З ЯДРА ЯКЕ ЗАЙМАЄ МАЛЕЛЬКИЙ ОБ'ЄМ В ПОРІВНЯННІ З ОБ’ЄМОМ АТОМА. ІНШУ ЧАСТИНУ АТОМА ЗАЙМАЮТЬ ЕЛЕКТРОНІ ХМАРИ. ЛІНІЙНІ РОЗМІРИ ЯДРА 10 -15 - 10-14 м; ЛІНІЙНІ РОЗМІРИ АТОМА ≈ 10-10 м. . Вся маса атома практично зосереджена в ядрі атома. Маса електронів значно менше маси ядра. Маса ядра атома водню приблизно в 1840 раз більше маси електрона. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД ЯДРА ПОЗИТИВНИЙ І ДОРІВНЮЄ ЗА АБСАЛЮТНОЮ ВЕЛЕЧИНОЮ СУМАРНОМУ НЕГАТИВНОМУ ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНІВ,ТОМУ АТОМ ЕЛЕКТРІЧНО НЕЙТРАЛЬНИЙ. ВИСНОВОК ТАКИМ ЧИНОМ, ЕКСПЕРЕМЕНТИ ДОВЕЛИ: 1. НЕДОСТОВІРНІСТЬ МОДЕЛІ ТОМСОНА. 2.ІСНУВАННЯ ЯДЕР В АТОМАХ.

Число протонів у ядрі позначається Z і збігається з порядковим номером елемента в таблиці Менделєєва. Заряд ядра дорівнює Ze Число нейтронів у ядра позначається N Загальне число нейтронів і протонів у ядрі позначається А і називається масовим числом А= Z + N Позначення ядер: Х де Х- позначення хімічного елемента . Наприклад , H - ядро атома Гідрогену (протон), Не – ядро атома гелію ( - частина ) , U – ядро атома урану, в якому є 92 протона і 235-92=143 нейтрони

Ізотопи це атоми, які мають однаковий заряд, але різну масу. Всі ізотопи одного і того самого елемента мають однакові хімічні властивості , але можуть відрізнятись радіоактивністю. Наприклад: Н – дейтерій і Н – тритій є ізотопами водню (тритій радіоактивний ). Застосування ізотопів Методом мічених атомів (біологія,фізіологія,медицина,промисловість, археологія ). Джерела γ - променів («кобальтова гармата » з ізотопом Со). Прискорення мутації – для штучного відбору (в сільському господарстві).

Атом Ядро Електрони Протони Нейтрони Кількість протонів у ядрі – протоне (зарядове) число (Z), яке дорівнює порядковому номеру елемента в Періодичний системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва. Кількість нейтронів у ядрі (N) N = A - Z Загальна кількість нуклонів (протонів і нейтронів ) у ядрі – нуклонне (масове) число (А)

Про що ми дізналися на уроці Дослід Резерфорда показав, що в центрі атома перебуває позитивно заряджене атомне ядро, у якому зосереджена майже вся маса атома. Атомне ядро в десятки тисяч разів менше від атома. Резерфорд запропонував планетарну модель атома, відповідно до якої навколо малого й масивного позитивно зарядженого ядра рухаються по орбітах легкі електрони. Атомне ядро складається з позитивного заряджених протонів (заряд протона дорівнює за модулем заряду електрона) і нейтральних нейтронів . Маси цих часток приблизно однакові . Спільна назва цих часток – нуклони. Кількість протонів у ядрі називають зарядовим числом і позначаються Z. Зарядовим числом визначаються хімічні властивості елемента. Суму кількості протонів Z і кількість нейтронів N у ядрі називають масовим числом І позначаються літерою А: A = Z + N. Між нуклонами в ядрі діють сили, які називають ядерними. Ці сили дуже великі, але є короткодіючими. Ядерні сили не залежать від електричних зарядів частинок. При позначенні ядра атома будь якого елемента перед символом елемента вказують зазначення нуклонного числа А та протонного числа Z.

А ще, можливо, кожен атом – То Всесвіт, що в собі трима Усе,чого тут забагато, А також те, чого нема Валерій Брюсов Початковий рівень 1) У чому полягало гіпотеза про атомну будову речовини? Які елементарні факти підтвердили цю гіпотезу? - (0,25 б) 2) Які частинки використовував Резерфорд для дослідження будови атома? Які їхні властивості? - (0,25 б) 3) Який висновок було зроблено Резерфордом на підставі того , що деякі α- частинки під час взаємодії з фольгою розсіювалися на великі кути? - (0,25 б) 4) У скільки разів (приблизно )розміри атома перевищують розміри ядра? - (0,25 б) 5) Що являє собою протонну – нейтронна модель ядра? - (0,25 б) 6) Яким числом – зарядовим чи масовим – визначаються хімічні властивості елемента? - (0,25 б) 7) Які основні властивості ядерних сил? - (0,25 б) 8) Металеву кульку зарядили позитивно. Що можна сказати про співвідношення між кількістю протонів і кількістю електронів у цій кульці? - (0,25 б) 9) Навколо ядра атома Оксигену рухаються вісім електронів. Скільки протонів містить ядро атома Оксигену ? - (0,25 б) 10) У ядрі атому Натрію 11 протонів. Скільки електронів обертається навколо ядра? На що перетвориться атом Натрію, якщо він втратить один електрон? - (0,25 б) 11) У атомі якого хімічного елемента міститься 26 електронів? - (0,25 б) 12) Опишіть будову атомів Гідрогену, Гелію та Літію. - (0,25 б)

Середній рівень На рис. зображено модель атома Томсана. Як можна пояснити явище електризації тіл за допомогою цієї моделі? 0,3 б 2) На рис. зображено модель атома Резерфорда. Як можна пояснити явище електризації тіл за допомогою цієї моделі? 0,3 б 3) Як можна пояснити утворення позитивних і негативних іонів за допомогою моделі атома Томсона?(0,3 б) 4) Як можна пояснити утворення позитивних і негативних іонів за допомогою моделі атома Резерфорда? (0,3 б) 5) На чому ґрунтувалося припущення Резерфорда про те , що до складу атомних ядер входять не тільки протони, ай нейтральні частинки з масою, що приблизно дорівнює масі протона? -(0,3 б) 6) Для атому 23Na визначте: а) зарядове число б) кількість протонів; в)заряд ядра ( в елементарних електричних зарядах); г) кількість електронів; д) порядковий номер у періодичній системі елементів; е) кількість нуклонів у ядрі; є) кількість нейтронів у ядрі; є) кількість нуклонів у ядрі. - (0,3 б) 7) Де більше електронів: у атомі Алюмінію (Аl) чи Сульфуру (S)? На скільки? - (0,3 б) 8) У ядрі атома Цинку 65 частинок, із них 30 протонів. Скільки нейтронів у ядрі та скільки електронів обертається навколо ядра атома?- (0,3 б) 9) У ядрі атома Арґентуму 108 частинок. Навколо ядра обертається 47 електронів. Скільки в ядрі цього атома нейтронів і протонів?- (0,3 б) 10) Порівняйте склад ядер атомів двох хімічних елементів: 92U та 90Th. Що в них спільного і чим відрізняються? - (0,3 б)

Достатній рівень Чи змінюватиметься кількість α – частинок , розсіяних під будь – яким визначеним кутом , якщо в досліді Резерфорда Збільшити товщину фольги в 2 рази? -(0,3 б) Які дослідні факти не змогла пояснити планетарна модель атома? (0,3 б) Під час електризації тертям різними матеріалами пластмасовий гребінець набуває зарядів різного знака. як можна пояснити цей факт? (0,3 б) У атомі якого хімічного елемента міститься на 3 електрони більше, ніж у атомі Калію (К)? на 3 електрони менше? . (0,3 б) Розташуйте перелічені нижче атомні ядра:а) у порядку збільшення масового числа; б) у порядку збільшення заряду ядра; в) у порядку збільшення кількості нейтронів у ядрі. 63Еu, 26Fe, 53I, 19K, 25Mn, 16S, 18Ar. (0,3 б) Існують різновиди атомів Магнію (Mg) з масовими числами 24,25,26. Чим зумовлена різниця в масових числах? (0,3 б) Існують різновиди атомів Карбону (С) з масовим числами 12,13,14. Скільки електронів міститься в кожному з цих атомів? Чим зумовлена різниця в масових числах? (0,3 б) Які атоми чи йони зображено на схематичних рисунках ? (0,3 б) 9. У якому з перелічених нижче випадків можна стверджувати , що ми маєво справу з двома атомами одного й того самого хімічного елемента: а) у рядах атомів однакова кількість частинок; б) у ядрах атомів однакова кількість протонів;в)у ядрах атомів однакова кількість нейтронів? (0,3 б) 10. Як ви вважаєте, чому атомні маси більшості хімічних елементів , наведені в періодичній системі елементів , не є цілими числами? (0,3 б)

§43 Про що свідчив той експериментальний факт, що в досліді Резерфорда число α- частинок, які змінювали напрям свого руху на великі кути виявилось малим? (1 б.) У ядрі атома Бору міститься 5 протонів і 6 нейтронів. Скільки електронів у даному атомі. (1 б.) 3.У ядрі деякого хімічного елемента міститься 31 протон. Визначте цей елемент. (1 б.) 4. Скільки протонів і скільки нейтронів міститься в ядрі атома Аргону, якщо його масове число дорівнює 40. (1 б.) 5. Серед перелічених символів хімічних елементів зазначте той, що відповідає атому з найбільшою кількістю електронів:Са, Сu, Ge, Sb, P. (1 б.)

У ХХІ ст. навряд чи знайдеться людина, яка хоча б б раз у житті не робила рентгенівський знімок. Наприкінці ж ХІХ ст. зображення кисті людини з видимою структурою кісток обійшло шпальти газет усього світу й стало справжньою сенсацією для фізиків. Учені розпочали дослідження рентгенівських променів та пошук їхніх джерел. Одним із цих учених був французький фізик А. Бекерель. Якими несподіваними висновками закінчилися його дослідження, ви дізнаєтесь із цього уроку. Перший рентгенівський знімок кісті руки людини Анрі Антуан Беккерель (1852-1908)- французький фізик, який у 1896р. відкрив радіоактивне випромінювання солей Урану Результати досліду Беккереля. Він загорнув фотопластинку в цупкий чорний папір, поклав зверху крупинки уранової солі й виставив на яскраве сонячне світло.

Марія Склодовська – Корі (1867-1934) – французький фізик і хімік, лауреат двох Нобелівських премій. Такої честі за всю історію були удостоєні тільки три дослідники. П´єр Кюрі (1859-1906)- французький фізик лауреат - французький фізик лауреат Нобелівської премії. Подружжя Кюрі зробило значний внесок у вивчення радіоактивності. Альфа-, бета- і гама-промені Учені, які відкрили радіоактивні речовини, першими постраждали від їх небезпечних випромінювань. Історії відомий факт, що одного разу А. Беккерель поклав у кишеню трубочку з радіоактивним препаратом і порівняно недовго проносив її у кишені. Але й цього часу виявилося достатньо для того, щоб у Беккереля відкрилася виразка шлунку, яка у подальшому не загоювалась. А в Марії Кюрі на руках були значні опіки, оскільки вона мала справу з радієм і полонієм. 1899р. Е. Резерфорд, виявив, що радіоактивне випромінювання неоднорідне і складається з трьох частин.

Радіоактивність (від лат. radio- випромінюю та activus - діяльність) Протон (від грец.pr>tos-перший )- елементарна частинка, що є ядром атома Гідрогену; що має позитивний заряд, що чисельно дорівнює заряду електрона. Ізотопи (від грец. isos – однаковий і topos – місце ) – різновиди одного й того самого хімічного елемента, що відрізняються за атомними масами. Нейтрон (від лат. neutrum – ні те, ні інші) – нестабільна електрично нейтральна, тобто така, що не має ні позитивного, ні негативного заряду, елементарна частинка. У сучасній фізиці протони і нейтрони в ядрі називають нуклонами (від лат. nukleus - ядро)

Солі урану засвідчують фотопластинку і за відсутності сонячного світла, навіть у темряві. 1990 р. було встановлено, що радіоактивне випромінювання складається з α, β, γ - променів. Позначення мікрочастинок: Не-альфа частинка n- нейтрон; р- протон е- електрон; е- позитрон Позитрон – це елементарна частинка з масою електрона і його зарядом, але протилежного значення

Схема досліду з вивчення природи радіоактивного випромінювання: 1- свинцевий контейнер; 2-радіоактивна речовина; 3- постійний магніт; 4- фотопластинка Схема елемента пристрою, за допомогою якого Е. Резерфорд встановив природу альфа – частинок Радіоактивність це здатність ядер деяких хімічних елементів довільно перетворюватися на ядра інших елементів з випромінюванням мікрочастинок Результати дослідів Резерфорда. Після проходження випромінювання крізь магнітне поле воно розділялося на три частини. Один промінь відхилявся праворуч, другий – ліворуч. І лише досить слабкий третій промінь не змінював свого напрямку. За відсутності магнітного поляна фотопластинці з'являлася одна пляма від випромінювання Радіоактивність було відкрито в ядер, які існують у природі, її було названо природною радіоактивністю. Природна радіоактивність спостерігалась у важких ядер, які містяться в періодичній системі елементів Менделєєва за Свинцем

Схема альфа – розпаду Схема бета – розпаду Альфа – розпад зменшує масове число на 4, а зарядове число – на 2, тобто переміщує елемент на дві клітинки до початку періодичної системи. Наприклад, Бета – розпад не змінює масового числа, а зарядове число збільшується на 1, тобто зміщує елемент на одну клітинку ближче до кінця періодичної системи. Наприклад, Три види природної радіоактивності Гама – розпад. Ядра, випромінюють квант електромагнітного випромінювання високої частоти ( гама - квант), який не має електричного заряду, тому заряд ядра не змінюється. Число нуклонів у ядрі також не змінюється. Отже гама - випромінювання не приводить до змін складу ядра. Схема гама – розпаду

Альфа промені ( або альфа частинки )- це потік атомів Гелію Бета – промені (чи бета - частинки) є потоком електронів, швидкість яких наближається до швидкості світла у вакуумі. Гамма - промені – це “ жорстке ” ( таке, що має велику проникну здатність) електромагнітне випромінювання

Про що ми дізналися на уроці Радіоактивність – здатність атомів деяких хімічних елементів до спонтанного випромінювання. Хімічні елементи, що мають радіоактивність, називають радіоактивними елементами. Під час радіоактивних розпадів випускаються: 1) альфа – промені – потік ядер Гелію; 2) бета – промені – потік швидких електронів; 3) гама – промені – потік гама – квантів великої енергії.

Радій не повинен збагачувати нікого Це елемент. Він належить усьому світові. М. Склодовська - Кюрі Початковий рівень 1)Які частини вилітають з ядра під час радіоактивного розпаду?Як удалося визначити заряд цих частинок?(0,3 б.) 2) Опишіть α - розпад, зображений на рисунку.(0,3 б.) 3)Опишіть β- розпад, зображений на рисунку.(0,3 б.) 4)Порівняйте α – та β – випромінювання : Що між ними спільного та в чому розбіжність цих видів випромінювання?(0,3 б.) 5)Порівняйте α- та γ- випромінювання : що між ними спільного та в чому розбіжність цих видів випромінювання?(0,3 б.) 6)Порівняйте β- та γ- випромінювання: що між ними спільного та в чому розбіжність цих видів випромінювання?(0,3 б.) 7)Чи змінюється хімічна природа елемента унаслідок випускання α- частинок його ядрам?(0,3 б.) 8)Чи змінюється хімічна природа елемента унаслідок випускання β- частинок його ядра?(0,3 б.) 9)Чи змінюється хімічна природа елемента унаслідок випускання γ- частинок його ядра?(0,3 б.) 10)Чому радіоактивне випромінювання є небезпечним для організму? Які види випромінювання є найбільш небезпечними?(0,3 б.)

Середній рівень 1)Що з'ясувалося в результаті досліду, зображеного на рисунку? (0,3 б.) 2) У результаті α- розпаду атомне ядро перетворилося на ядро іншого хімічного елемента. Де в періодичній системі елементів розташований цей елемент – ближче до ії початку, ніж первинний елемент, чи далі від початку ?Чи зміниться відповідь у разі, якщо відбувся β- розпад ядра? (0,3 б.) 3) Запишіть реакцію α- розпаду ізотопу Полонію 84 Ро. Який хімічний утворюється внаслідок цієї реакції? (0,3 б.) 4) Ядро якого хімічного елемента утворилося з ядра ізотопу Кобальту 27 Со після випускання β- частинки? .0,3 б.) 5)Ядро Радону 86Rn випустило α- частинку. На ядро якого елемента перетворилося ядро Радону? (0,3 б.) 6) Унаслідок якого радіоактивного розпаду Плутоній 94 Рu перетворюється на Уран 92 U.(0,3 б.) 7) Напишіть реакцію α- розпаду Урану 92 U. (0,3 б.) 8) Ядро 84 Ро утворилося після двох послідовних α – розпадів. З якого ядра воно утворилося?(0,3 б.) 9) Яка частинка звільняється під час ядерної реакції ? (0,3 б.) а. е ; б. n; в. H ; г. He 10) Допишіть відсутні позначення: (0,3 б.)

Достатній рівень 1) Поет В.В Маяковський у вірші “ Розмова з фінінспектором про поезію ”(1926 р.) писав: Поезія – той же добуток Радію. В грам добуток, в рік труди. Марнуєш єдиного слова ради. Тисячі тони дзвінкої руди. Спробуйте пояснити зміст цих рядків.(0,5 б.) 2) Як існуючі в природі радіоактивні елементи могли зберегтися дотепер? (0,5 б.) 3) Під дією радіоактивного випромінювання в повітрі з'являються позитивні та негативні йони, а також вільні електрони. Ґрунтуючись на цьому, поясніть,чому заряджений електроскоп порівняно швидко втрачає заряд під дією радіоактивного випромінювання.(0,5 б.) 4) Визначте масове і зарядове числа ізотопу, що вийде з ядра атома Торію 90 Th після трьох α- і β- розпадів.(0,5 б.) 5) Радіоактивний атом 90 Th перетворився на атом 83Ві. Скільки відбулося α – та β- розпадів під час цього перетворення?(0,5 б.) 6) Ядро Урану 92 U перетворюється в наслідок радіоактивних розпадів на ядро Бісмуту 83 Ві. Скільки відбулося α- і β– розпадів під час цього перетворення?(0,5 б)

§41 1. Чому відкриття явища радіоактивності дозволило вченим безпосередньо підійти до дослідження атомів? (1 б.) 2. Нарисуйте напрямки рухів альфа – частинок, бета – частинок і гамма – променів у магнітному полі, яке спрямоване перпендикулярно до площини рисунка на спостерігача.(2 б.) 3. Поясніть, чому гамма – промені не відхиляються в магнітному полі.(1 б.) 4.Чи зміниться хімічна природа елемента за випромінювання його атомами гамма – променів? альфа - частинок?(1 б.)

Алхіміки Середньовіччя мріяли про філософський камінь, що перетворював би всі речовини на золото. “ Сучасна алхімія ”- так назве Е. Резерфорд свою книгу про перетворення атомних ядер. Про те, як змінюється ядро під час радіоактивного випромінювання, за якими законами відбувається цей процес, ітиметься на цьому уроці. Дослідження природної радіоактивності тісно пов'язане з питанням про вік Землі та різних її шарів. Зокрема, знаючи періоди напіврозпаду радіоактивних елементів, які містяться в досліджуваних гірських породах, можна визначити геологічний вік Землі, тобто вік най більш стародавніх ділянок земної кори. За цим методом він оцінюється у 2 ·1018 років. Як бачите, над проблемами історії та геології теж, насамперед, працюють фізики. Важливу місію виконує радіонуклід вуглецю. Вам відомо, що рослини поглинають з атмосфери сполуки вуглецю. Якщо ж рослина, наприклад, дерево, гине, то воно перестає поглинати вуглець. Тоді вміст у ньому радіоактивного нукліда вуглецю поступово зменшується, оскільки він розпадається з періодом напіврозпаду 5568 років. Порівнюючи, наприклад, активність 1 кг доісторичного вугілля, можна зробити висновок про час загибелі дерева. І вже після цього археологи висловлюють гіпотези щодо причин цієї загибелі та катаклізмів, які в той час сталися на нашій планеті.

Період піврозпаду – це фізична величина, що дорівнює часу, протягом якого розпадається половина наявності кількості ядер даного радіонукліда. Т – період піврозпаду це час, за який розпадається половина атомів радіоактивної речовини. Одиниця періоду піврозпаду в Сl – секунда (с) Радіоактивні речовини називають радіонуклідами λ - стала радіоактивного розпаду, одиниця сталої радіоактивного розпаду в Сl – секунда (1/с) У кожного радіоактивного ізотопу свій період піврозпаду. Наприклад, період піврозпаду Урану -238 дорівнює4,5 млрд. років, Радію -226 -1600 років. Стала розпаду дорівнює відношенню числа ядер атомів цієї речовини, що розпадається за одиницю часу, до загального числа ядер атомів на початку розпаду

Радіоактивні перетворення ( розпади ) - це властивості атомних ядер. Радіоактивні перетворення відбуваються в надрах ядра речовини і саме там слід шукати відповіді на всі запитання. Теорію радіоактивного розпаду було запропоновано Резерфордом і Содді. Сталі радіоактивного розпаду деяких радіонуклідів Найнебезпечнішими для живих організмів є ті речовини, у яких період напіврозпаду – більший. У таб. наведено значення періодів напіврозпаду деяких речовин Для кожної радіоактивної речовини період напіврозпаду є строго визначеним, і змінити його неможливо. Радіонуклід Стала радіоактивного розпаду ג, 1/с Іод-131 9,98 10-7 Кобальт -60 4,15 10-9 Плутоній - 239 9,01 10-13 Радій -226 1,37 10-11 Радон -220 1,2 10-2 Уран -235 3,14 10-17 Цезій -137 7,28 10-10 Речовина Період напіврозпаду Торій 1,41 1010 років Уран 4,5 109 років Радій 1601рік Вуглець 5568 років Кобальт 5,2 роки Полоній 138,4 доби Стронцій Радон 3,83 доби Нептун 2,3 доби

Активністю А радіоактивної речовини називається кількість розпадів за одиницю часу. У системі СІ одиницею активності є бекерель ( Бк): [А]= Бк 1 Бк – це активність речовини за якої за 1 с відбувається 1 розпад У ядерній фізиці застосовується також позасистемна одиниця активності – кюрі (Кі) 1 Кі= 3,7 1010 Бк 1 кюрі приблизно відповідає активності 1 г радію або 3 т урану. Йонізація – відрив електронів від атомів у результаті їх зіткнення з частинками, що мають велику енергію.

Приклади розв'язування задач Визначте масу Радію – 226, що міститься в радіонуклідному зразку, якщо активність радію становить 5 Кі. Дано: А = 5 Кі М= 226 г /моль СІ: А=5 Кі =18,5 1010 Бк М=226 10-3 кг/моль λ= 1,37 10-11 1/с Na=6,02 1023 1/моль Аналіз фізичної проблеми, пошук математичної моделі. Для розв'язання задачі скористуємося формулою активності :А=λN. Сталу радіоактивного розпаду λ знайдемо з таблиці. Знаючи активність, знайдемо кількість N атомів Радію, що містяться в радіонуклідному зразку. Як відомо с курсу хімії, N = עNa, де ע- кількість речовини , Na, - число Авогадро. Визначивши кількість речовини та скориставшись формулою , де М - молярна маса Радію , знайдемо масу m Радію . m-? Розв'язання: Активність зразка дорівнює: А=λN. Оскільки N = עNa. , а , то . Підставимо вираз для N у формулу активності: Звідси Визначимо значення шуканої величини: Відповідь: m =5,07 10-3 кг=5,07г. У радіоактивному зразку міститься 5,07 г. Радію

1. Чи відбувається в результаті радіоактивного випромінювання перетворення атомів? (1 б.) 2.В яких випадках активність радіоактивної речовини можна вважати сталою? (1 б.) 3. Користуючись таблицею визначте, яка з радіоактивних речовин – радон чи радій – має меншу активність. (1 б.) 1. У результаті радіоактивних перетворень одержано дві радіоактивні речовини з періодами напіврозпаді, що дорівнюють 1 хв і 1 с. Яка з цих речовин має більш інтенсивне випромінювання? (1,5) б. 2. Скільки розпадів ядер за хвилину відбувається в речовині, активність якої – 2,8 мКі? 1,5 б. 1. Активність речовини дорівнює 10,2 1017 Бк, а початкова кількість здатних до разпаду ядер – 68.4 1023. Обчисліть період напіврозпаду цієї речовини. Користуючись таблицею періодів напіврозпаду речовин, визначте, яка це речовина. 1,5 б. 2. У початковий момент активність деякої радіоактивної речовини складала 1,2 107 Бк. Якою буде активність цієї речовини через проміжок часу, який дорівнює періоду її напіврозпаду? 1,5 б. Початковий рівень Середній рівень Достатній рівень

§41 Є однакова кількість ядер Урану, Радію та Радону. Період піврозпаду Урану становить 4,5 млрд. років, Радію – 1600 років, Радону – 57 с. Активність якого радіонукліда на даний момент часу найбільша?Поясніть свою відповідь? (1,5 б.) У радіоактивного зразку міститься 2 10 20 атомів Іоду – 131. Визначте, скільки ядер Іоду розпадеться протягом години. Активність зразка протягом цього часу вважати постійною.(1,5 б) На даний момент часу у радіоактивному зразку міститься 0,05 моля Плутонію - 239. Визначте активність Плутонію в цьому зразку . (1,5 б) У радіоактивному зразку міститься 0,20 г Урану – 235. Визначте активність Урану в цьому зразку. Активність зразка вважайте постійною. (1,5 б) Підготуйте повідомлення – використання радіоактивних нуклідів у медицині. (3-6 б)

Люкс Гарольд Грей ( 1905- 1965) – англійський фізик, працював над проблемами, пов'язаними з впливом опромінення на біологічні системи, визначив одиницю поглинутої дози випромінення. У людському організмі є близько 3 10 -3 радіоактивного калію й 6 10 -9 г радію. У наслідок цього в тілі людини щомиті відбувається 6 тисяч бета – розпадів і 220 альфа – розпадів. Крім того, у результаті впливу космічних променів у організмі людини виникають штучні радіоелементи. Тільки завдяки радіоактивному вуглецю відбувається 2 500 бета – розпадів за секунду додатково. У загальному підсумку в тілі людини щомиті відбувається 10 000 актів розпаду. Оскільки навколишнє повітря, вода й гірські породи радіоактивні, людський організм за рівнем своєї радіоактивності пристосовується до радіаційного фону навколишнього середовища. З цього уроку ви довідаєтеся, за допомогою яких приладів можна вимірювати вміст радіоактивних речовин у харчових продуктах, рівень радіації надворі й навчальному закладі.

Дозиметр – пристрій для вимірювання дози або потужності дози йонізуючого випромінювання, отриманої приладом (і людиною, яка ним користується) за деякий проміжок часу. Радіометр – прилад для вимірювання активності радіонукліда в джерелі або зразку. Основним конструктивним елементом дозиметрів є пристрій, що реєструє йонізуюче випромінювання – детектор. Найчастіше з цією метою використовують йонізаційні детектори ( йонізаційні камери, лічильники Гейгера тощо) Принципова схема лічильника Гейгера - Мюллера Сучасні прилади - комбіновані: у них поєднано дозиметр і радіометр Радіометр його можна носити в кишені або навіть на руці як годинник Деякі види дозиметрів: а- йонізаційний; б-люмінесцентний

Значення питомої активності радіонуклідів Цезію-137, Стронцію-90 у харчових продуктах і питній воді Назва продукту Допустима питома активність, Бк/кг, Бк/л Цезій-137 Стронцій-90 Хліб,хлібопродукти 20 5 Овочі (листяні, коренеплоди) 40 20 Фрукти 70 10 М’ясо й м’ясні продукти 220 20 Риба й рибні продукти 150 35 Молоко й молочні продукти 100 20 Яйця (шт.) 6 2 Вода питна 2 2 Дитяче харчування 40 5

Альфа -, бета -, і гама – промені є різновидами радіоактивного випромінювання. У повітрі α- частинки з енергією 4 МеВ пробігає 2,5см; β- частинка з енергією 2 МеВ має довжину пробігу в алюмінію лише 3,5 мм. γ - випромінювання, що несе кванти енергії 0,5 МеВ, ослаблюється в 10 разів шаром води товщиною 24 см, бетону – 12см, свинцю -1,3см. Поглинута доза випромінювання має властивість нагромаджуватись з часом: за інших однакових умов вона тим більша, чим триваліший час опромінення. Інтенсивність радіоактивного випромінювання оцінюють також за його іонізаційною здатністю, оскільки фізична дія будь – якого випромінювання пов'язана насамперед з іонізацією атомів і молекул речовини. Цю характеристику називають експозиційною дозою Поглинута доза випромінювання дорівнює відношенню поглинутої тілом енергії Е до маси тіла m За одиницю вимірювання поглинутої дози в системі СІ прийнято грей (Гр). Позасистемна одиниця поглинутою дози випромінювання – рад: 1 рад= 0,01 Гр. Потужність дози випромінювання

1 Гр дорівнює поглинутій дозі випромінювання , за якої опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія йонізуючого випромінювання 1 Дж: Еквівалентна доза поглинутого випромінювання визначається як добуток поглинутої дози випромінювання на коефіцієнт якості 1 Зв дорівнює еквівалентній дозі, за якої поглинута доза Гама- випромінювання дорівнює 1 Гр [Dекв] =1 Зв = 1 Гр = 1 Дж/кг. Експозиційна доза випромінювання дорівнює відношенню заряду, який утворився в повітрі внаслідок йонізації під дією радіоактивного випромінювання, до маси йонізаційного повітря Експозиційну дозу в СІ вимірюють у (Кл/ кг). На практиці продовжують користуватися позасистемною одиницею експозиційної дози – рентгеном (Р) Щоб оцінити радіаційну небезпеку, слід ураховувати також вид іонізаційного випромінювання та його потужність. У дозиметрії прийнято порівнювати їх із рентгенівському чи гамма – випромінюванням Для рентгенівського і гама – випромінювання 1 бер = 1 рад = 0,01 Гр.

Коефіцієнти якості деяких видів йонізуючого випромінювання Вид випромінювання коефіцієнт якості (К) α - випромінювання 20 β - випромінювання 1 γ - випромінювання 1 Нейтрони 5-10 Протони 5

Радіаційний фон – йонізуюче випромінювання земного та космічного походження. Для населення граничного допустимою дозою систематичного опромінення встановлена еквівалентна доза 0,5 бер за рік. Природний радіоактивний фон створюється в навколишньому середовищі під дією космічних променів, природних радіоактивних елементів, що містяться в ґрунті та гірських породах. Нормальним природним радіаційним фоном уважається 15-20 мк Р/год У високогірних областях, де розріджене повітря, інтенсивність космічних променів є більшою, порівняно з їхньою інтенсивністю на рівні моря, а тому природний радіоактивний фон збільшується. Найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є важкий газ – радон. У місцях, де видобувається радон, його концентрація в закритих приміщеннях в середньому у вісім разів вища, ніж у зовнішньому атмосферному повітрі. Радіоактивні препарати використовуються в різних галузях науки і техніки, а саме: для безконтактного вимірювання товщини і густини, для контролю якості виробів, для виготовлення матеріалів із запланованими властивостями, в археологічних та біологічних дослідженнях.

Середні еквіваленти дози йонізуючого випромінювання, що отримує людина протягом року від деяких джерел радіації Джерела радіації Середня еквівалентна доза Н, мбер Космічне випромінювання 35 Зовнішнє природне опромінення 35 Внутрішнє природне опромінення 135 Будівельні матеріали 140 Медичні дослідження 140 Телевізори та монітори 0,1 Ядерні випробування 2,5 Атомна енергетика 0,2

Середня поглинута доза випромінювання співробітником, який працює з рентгенівською установкою, дорівнює 7 мкГр за 1 год. Чи є небезпечною робота співробітника протягом 200 днів у році по 6 год. на день, якщо гранично допустима доза опромінення дорівнює 50 мГр за рік? Приклади розв'язування задач Дано: t = 200 6 год. d = 7 мкГр/год D =50м Гр СІ t = 1200 год d = 7 10 - 6 Гр/год Розв'язання. За час t= 1200год працівник одержує дозу опромінення D = t d [D] = {D} = 1200 7 10 -6 = 8,4 10 -3 d = 7 10 -6 Гр/год середня доза опромінення за 1 год. Чи є не безпечною робота ? Відповідідь: D = 8,4 м Гр Оскільки D

Початковий рівень 1 Оберіть правильну відповідь в чому вимірюється доза опромінення в системі СІ Гр; Дж Зв Р 2 Яка перелічених величин є потужністю дози : N D t q Визначте формулу потужності поглинутої дози випромінювання De = K D b) с) d) А = Z + N

Середній рівень Після Чорнобильської аварії окремі ділянки електростанції мали радіоактивне забруднення з потужністю поглинутої дози 7,5 Гр/год. За який час перебування людина могла одержати на цих ділянках смертельну експозиційну дозу 5 Зв? Уважте, що коефіцієнт якості радіаційного випромінювання дорівнює 1. (1,5 б) Під час роботи з радіоактивними препаратами лаборант піддається впливу випромінювання з потужністю поглинутої дози 0,02 мк Гр/с. Яку дозу опромінення одержує лаборант протягом робочої зміни тривалістю 4 години? (1,5 б) Достатній рівень 1. Допишіть речення (1 б) Відношення поглинутої тілом енергії Е до маси тіла m це………. а) природній радіаційний фон; б) еквівалентна доза поглинутого випромінювання; в) активність радіоактивного джерела; г) поглинута доза випромінювання Чому радіоактивне випромінювання є небезпечним для організму? Які види випромінювання є найбільш небезпечними ? (1 б) 3. Які фактори варто враховувати, оцінюючи вплив йонізуючих випромінювань на живий організм (1 б)

§41 Поглинута доза, яку людина отримує від космічних променів, дорівнює 0,0004 Гр за рік. Розрахуйте поглинуту дозу випромінювання, яку ви отримали від космічних променів за час свого життя. (1,5 б.) Використовуючи дані попередньої задачі, розрахуйте потужність дози від космічних променів. (1,5 б.) Ви зателефонували до служби прогнозу погоди і дізналися, що рівень радіації дорівнює 12 мк Р/год. Обчисліть, чому при цьому дорівнює потужність поглинутої дози. (1,5 б.) Дослідник працював із радіоактивними препаратами, що містили альфа – частинки, і отримав дозу випромінювання 0,05Гр. Чому дорівнює при цьому еквівалентна доза. (1 ,5 б.)

Мета РОБОТИ: Вивчити будову побутового дозиметра; навчитися користуватись дозиметром і проводити дозиметричні вимірювання. Прилади і матеріали: Дозиметр у комплекті, секундомір, металові (або свинцеві) пластинки. Вказівки до роботи Підготовка до експерименту Перш ніж виконувати роботу, згадайте: 1)властивості радіоактивного випромінювання; 2)будову та принцип дії лічильника Гейгера – Мюллера; Порядок роботи з дозиметром За заводською інструкцію ознайомитись із будовою та кнопками керування дозиметра. 1.Увімкнуння дозиметра. Для ввімкнення дозиметра слід натиснути і протягом секунди утримувати клавішу РЕЖИМ. Після ввімкнення дозиметр автоматично переходить у режим вимірювання - випромінювання. 1- верхня кришка; 2- нижня кришка; 3- панель індикації; 4- клавіші управління роботою дозиметра; 5- гучномовець.

Вимірювання потужності еквівалентної дози - випромінювання. Дозиметр слід розташувати так, щоб позначка “+” на зворотному боці була над об'єктом, що обстежується. Про рівень радіації свідчить частота звукових сигналів (кожний звуковий сигнал – це зафіксований квант - випромінювання). Числові результати вимірювання з'явилися на цифровому дисплеї. Якщо раптово радіаційний рівень різко зміниться , цифри на дисплеї деякий час мигають. Це означає, що дозиметр визначає середнє значення дози випромінювання. Оцінка поверхневого забруднення - радіонуклідами. Дозиметр має перебувати в режимі випромінювання. Для оцінки забруднення – радіонуклідами слід зробити два вимірювання: перше – із закритим вікном на нижній кришці дозиметра; друге – з відкритим вікном. Різниця результатів і є показником забруднення - радіонуклідами. Якщо різниця дорівнює нулю, то це означає, що поверхня не незабруднена - радіонуклідами. Вимірювання еквівалентної дози - випромінювання. Щоб дізнатися про загальну дозу – випромінювання, накопичену дослідником з моменту ввімкнення дозиметра, необхідно натиснути клавішу РЕЖИМ. Щоб покази були точними, дозиметр слід тримати при собі ввесь час. Щоб обнулити покази, дозиметр необхідно вимкнути. Вимкнення дозиметра . Для вимкнення дозиметра слід натиснути і протягом 4 с утримати клавішу РЕЖИМ.

Експеримент Ознайомтеся з будовою та принципом дії побутового дозиметра-радіометра МКС-05 Терра-П. Якщо проводитимете випромінювання за допомогою дозиметра іншого типу, то опишіть його будову й принцип дії. Проведіть вимірювання в кабінетах фізики та інформатики: а. виміряйте натуральний фон іонізуючого випромінювання у приміщенні; б. виконайте три послідових вимірювання за однаковий час (200 с) і розрахуйте середнє значення потужності дози природного фону; в. закрийте металевими пластинками дозиметр і виконайте три послідовні вимірювання за той же час(200 с) і розрахуйте середнє значення. 3. Заповніть таблицю Місце проведення дослідження Вимірювана величина назва значення

4. Порівняйте результати пунктів б і в, зробіть висновки. Висновок ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Контрольні запитання 1. Який принцип дії лічильника йонізуючого випромінювання? (0,5 б.) ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Який порядок роботи з дозиметром? (0,5 б.) __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. Які дози опромінення спричиняють ушкодження організму людини? (1 б.) ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4. Назвіть шляхи проникнення радіації в організм людини. Як захиститися від негативного впливу радіації? (1 б.) ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

“ …… Попередні епохи отримали назву від певних матеріалів: був вік камьяний, бронзовий, залізний. Але жоден з них не відбувся би, якщо б людина не знала вогню. Справжнє багатство світу – його енергія,” – писав Фредерік Содді у своїй книзі “ Матерія та енергія. ХХ століття можна сміливо назвати атомним, адже саме в цьому столітті людина відкрила й почала приборкувати енергію атомного ядра. Енергетика – найважливіша галузь господарства й промисловості. Ядерна енергія виробляється на атомних електричних станціях, використовується на атомних криголамах, атомних підводних човнах; США здійснюють програму створення ядерного двигуна для космічних кораблів, крім того, робилися спроби створити ядерний двигун для літаків. У зв'язку з прогресом у розвитку техніки прискорювачів і нових діагностичних систем усе більше значення в медичних і біологічних дослідженнях здобувають різні радіонукліди. У сучасній ядерній медицині для науково - дослідних, діагностичних і терапевтичних цілей застосовують понад 50 радіонуклідів з періодом напіврозпаду від декількох хвилин до декількох років. Ядерні реакції досить широко застосовують в наукових працях у певних сферах. Існують наукові міста, що займаються дослідженнями з використання ядерних технологій. Найяскравіший приклад – підмосковне місто Дубна, що недавно одержав офіційний статус наукограду

Енріко Фермі (1901-1954)- італійський фізик, лауреат Нобелівської премії (1938р.). Один із засновників ядерної фізики. Під його керівництвом збудовано перший ядерний реактор, у якому вперше (1942р.) було здійснено ланцюгову ядерну реакцію. Схема будови ядерного реактора. Принцип роботи атомної електростанції Історична перша ядерна реакція:

Зміни атомних ядер під час взаємодії їх одного з одним або іншими частинками називають ядерними реакціями. Схема ядерної реакції за якою відбувається перетворення ядра. де - вихідне ядро мішень; а – частинка, що налітає; - складене ядро; - ядро , що є продуктом ядерної реакції; b – частинка, що вилітає з ядра в результаті реакції. Можливе протікання реакції за один етап. Виділенням енергії в результаті реакції називають збільшення сумарної кінетичної енергії ядер та частинок і енергію виникаючого γ – випромінювання. Це виділення енергії розраховують за допомогою відкритого на початку ХХ ст. Ейнштейном співвідношення m тіла та його енергією, що перебуває у спокої. де, с – швидкість світла у вакуумі. Ця формула стала одним із символів20 – го століття. З неї випливає , що коли енергія тіла змінюється на ∆Е, маса тіла змінюється на ∆m = ∆E/c2 . Співвідношення між масою та енергією стало основним способом визначення енергетичного виходу ядерних реакцій. В атомній та ядерній фізиці для енергії ядер і нуклонів використовують одиницю енергії електрон – вольт: Утворення ядра з більшою масою з менш масивних ядер називають реакцією синтезу. Прикладом реакції синтезу є реакція Для здійснення реакції синтезу потрібно нагріти речовину до надзвичайно високої температури: досліди й розрахунки показують, що реакція синтезу може відбуватися тільки за температури в десятки мільйонів градусів. Реакції синтезу називають часто термоядерними реакціями. Термоядерні реакції відбуваються за надвисоких температур (десятків мільйонів градусів) в надрах зір, у тому числі у надрах Сонця. Саме такі реакції і є основним джерелом енергії зір.

Керований термоядерний синтез – це процес злиття легких атомних ядер, що відбувається з виділенням енергії за високих температур урегульованих , керованих умовах. Одна з можливих реакцій поділу ядра Урану протікає за схемою Ця реакція протікає з утворенням 3-х нейтронів. Можлива з утворенням 2-х нейтронів: Поділом ядра називають ядерну реакцію поділу важкого ядра, збудженого захопленням нейтрона на дві приблизно рівні частини, які називають осколками поділу. Під час повного поділу всіх ядер, що містяться в 1г Урану, виділяється стільки енергії скільки виділяється під час згорання 2,5т нафти. Ланцюговою ядерною реакцією називають реакцію, під час якої нейтрони утворюються як продукти цієї реакції. Дуже важливим є той факт, що ланцюгова ядерна реакція супроводжується виділенням величезної кількості енергії. Уперше керовану ланцюгову реакцію поділу ядер Урану було здійснено у 1942р. в США під керівництвом італійського фізика Енріко Фермі.

Пристрій в якому виділяється теплова енергія в результаті керованої ланцюгової реакції поділу ядер, називають ядерним реактором. Найменшу масу речовини, що ділиться, за якої може відбуватися ланцюгова ядерна реакція, називають критичною масою. На рисунку схематично зображено будову атомної електростанції (АЕС) з ядерним реактором на повільних нейтронах. Ядерне паливо міститься в активній зоні (1) у вигляді вертикальний стержнів, які називають тепловиділяючими елементами (ТВЕЛ). Активна зона оточена відбивачем (2) і товстою захисною оболонкою із залізобетону (3 ). Реактором керують за допомогою регулюючих стержнів (4), виготовлених з поглинача нейтронів. Тепло з гарячої активної зони реактора виводиться теплоносієм (наприклад, водою). Теплоносій першого контуру передає тепло в парогенератор (5), перетворюючи воду на пару під високим тиском, і повертається потім знову до активної зони. Пара , що утворилася в парогенераторі, обертає турбіну (6), з'єднану з генератором електроенергії (7). Відпрацьована пара конденсується в конденсаторі (8), звідки вода знову надходить до парогенератора. Некерована ланцюгова реакція здійснюється в атомній бомбі. Щоб міг відбутися вибух розміри матеріалу який ділиться , мають перевищувати критичні. Під час вибуху бомби температура досягає десятки мільйони градусів. Продукти ланцюгової реакції під час вибуху бомби дуже радіоактивні й небезпечні для живих організмів. Ядерна війна здатна привести до загибелі людства, тому народи всього світу наполегливо борються за заборону ядерної зброї.

Схема ядерного циклу Видобування урану Виготовлення ТВЕЛІв Використання ТВЕЛІв на АЕС Утилізація відпрацьованих ТВЕЛІв

В кожнім атомі незримо Променіє Хіросіма……. В.В. Балашов Перший рівень Які відмінності ядерних реакцій від хімічних? (0,5 б) 2. Чому нейтрони проникають у ядра атомів легше , ніж протони? (0,5 б) 3. Чи є спонтанний поділ ядра ядерною реакцією? (0,5 б) 4. Напишіть відсутні позначення в таких ядерних реакціях: (0,5 б) а) б) Напишіть відсутні позначення в таких ядерних реакціях: (0,5 б) а) б) 6. Напишіть відсутні позначення в таких ядерних реакціях: (0,5 б) а) б)

Другий рівень Як відбувається реакція поділу ядер Урану з виділенням енергії в навколишнє середовище чи з поглиненням енергії? (0,5 б) 2. Закінчіть запис ядерних реакцій :(0,5 б) а) б) 3. Закінчіть запис ядерних реакцій :(0,5 б) а) б) 4.Ядра яких атомів(позначені через Х) беруть участь у реакціях або є їх продуктом:(0,5 б) а) б) 5.Накресліть схему ланцюгової ядерної реакції. Кількість яких частинок збільшується під час цієї реакції? (0,5 б) 6.Що відбувається внаслідок лавиноподібного збільшення кількості ядер, які діляться? (0,5 б)

третій рівень 1.У чому полягає відмінність ядерних реакцій синтезу від радіоактивного розпаду? (0,3 б) 2. У центрі Сонця відбувається термоядерні реакції. Учені підрахували: щосекунди на Сонці приблизно 600 млн. тонн Гідрогену перетворюється на Гелій. Чому на Землі Гідроген не перетворюється? (0,3 б) 3. У наслідок бомбардування ядер Нітрогену можуть утворюватися ядра атомів інших елементів. Визначте, бомбардування якими частинками спричинило такі ядерні реакції: а) б) в) (0,3 б) 4. Під час бомбардування ядер ізотопу Бору -10 нейтронами з ядра, що утворилося, викидається альфа - частинка. Напишіть рівняння ядерної реакції. (0,3 б) 5. Яка ядерна реакція відбувається внаслідок опромінення альфа – частинками ядер ізотопу Берилію -9, якщо одним із продуктів реакції є нейтрон? (0,3 б) 6. Які речовини використовуються як сповільнювачі та поглиначі нейтронів? (0,3 б) 7. Які основні переваги та недоліки атомних електростанцій? (0,3 б) 8. За рахунок чого може збільшитися сумарна кінетична енергія частинок і ядер під час ядерної реакції? (0,3 б) 9. Чому виділення енергії в ядерних реакціях може в мільйони разів перевершувати виділення енергії в хімічних реакціях? (0,3 б) 10. Один – єдиний нейтрон може викликати в шматку урану ланцюгову реакцію з виділення величезної кількості енергії. Звідки може з'явитися цей нейтрон. (0,3 б)

§46 1. Чому в реакціях поділу відбувається виділення енергії? (1 б) 2. Чому в реакціях синтезу відбувається виділення енергії? (1 б) Напишіть відсутні позначення в таких ядерних реакціях (1 б) 4. Обчисліть, яка енергія виділяється внаслідок поділу ядер, що міститься в 1 кг Урвану, і визначте, яку масу вугілля треба спалити, щоб виділилася така сама енергія. В обчисленнях вважайте питому теплоту згорання вугілля q = 20 МДж/кг, а масу атома Урану 4 10-25 кг. (3 б)

6 серпня 1945 року о 08 :15 за місцевим часом американський бомбардувальник В-29 ” Enola Gay”, пілотований Полом Тіббетсом, скинув на Хіросіму атомну бомбу під назвою “Маля” Вона вибухнула приблизно за 600м над поверхнею. Значну частину міста було зруйновано, вибухом вбито 70 тис. осіб, іще 60тис. померли від променевої хвороби, опіків і поранень. 90% будинків Хіросіми було або ушкоджено, або повністю знищено. За перщі півроку після бомбардування померли 140тис. осіб. 9 серпня 1945 року об 11:02 ранку на Нагасакі також було зроблено ядерну атаку: американським бомбардувальником було скинуто бомбу “Товстун”, що призвело до катастрофічних руйнувань і масових людських жертв: близько 74тис. осіб було вбито й близко 51 тис. будинків зруйновано. 26 квітня 1986 р. позначене чорними барвами в історії України. Саме того дня стався вибух на 4- му енергоблоці Чорнобильської атомної електростанції. 4-тий блок Чорнобильської АЕС до вибуху 4-тий блок Чорнобильської АЕС після вибуху

Вибух призвів до пожежі на 4- му енергоблоці й до катастрофічного викиду радіоактивних речовин. Корпус реактора почав працювати як величезна піч, виносячи радіоактивний дим в атмосферу. Вітри рознесли цей дим на багато сотень і тисяч кілометрів. Наприклад, навіть у Швеції зафіксували підвищення рівня радіації. Фахівці всіх республік Радянського Союзу кинулися рятувати ситуацію. Особливу роль у зменшені масштабів трагедії відіграли пожежники. Ціною свого життя вони запобігли поширенню пожежі на інші реактори Чорнобильської АЕС. З катастрофою цих масштабів людство раніше не стикалося, тому пожежу не вдалося зупинити швидко. У результаті цілі регіони в Росії, Україні, Білорусії виявилися радіаційними, а з 30- кілометрової зони навколо станції було евакуйовано все населення. Героїчними зусиллями вдалося локалізувати пожежу, а потім побудовами над зруйнованим реактором так званий саркофаг – бетонну конструкцію, яка захищає від подальшого поширення радіаційного забруднення. Сьогодні всі енергоблоки Чорнобильської АЕС виведені з експлуатації; разом із міжнародними організаціями Україна розробляє і планує побудувати ще один саркофаг, досконаліший. Після трагедії минуло понад 20 років, проте наслідки радіаційного забруднення, особливо в зоні Чорнобильської АЕС, усе ще відчутні Саркофаг над 4-м блоком Чорнобильської АЕС

Атомна енергетика України Україна належить до тих країн світу, в яких завдяки наявності високих технологій і висококваліфікованих інженерів та вчених створена й успішно розвивається атомна енергетика. На сьогодні в країні працюють чотири атомні електростанції: Південноукраїнська, Хмельницька, Рівненська, Запорізька. На цих АЕС діють 15 атомних енергоблоків, загальна потужність яких становить 13 580 МВт. На атомні електростанції припадає близько половини електроенергії, що виробляється в країні. Обслуговується АЕС багатотисячними колективами висококваліфікованими фахівцями. Фактично навколо кожної з українських АЕС виросло невелике місто. Наявність в Україні джерел електроенергії, які працюють на ядерному паливі, безперечно, пом'якшує деталі більший дефіцит “ звичних ” енергоносіїв: газу, нафти, кам'яного вугілля. Ядерний паливний цикл – послідовність технологічних процесів, спрямованих на одержання електроенергії за допомогою ядерних реакцій. Радіаційний фон – це радіоактивне випромінювання на Землі від природних і техногенних джерел, в умовах якого постійно перебуває людина. Основне завдання в області радіаційного контролю – не допустити помітного зростання рівня радіоактивного фону. Для розв'язання цієї задачі кожна людина має бути обізнана з фізичними основами ядерних перетворень; знати, як впливає радіація на живий організм; мати знання про допустимі дози випромінювання та заходи захисту населення від дії радіоактивного випромінювання. Рівненська АЕС

Ядерний паливний цикл – це послідовність технологічних процесів, спрямованих на одержання електроенергії за допомогою ядерних реакцій. Радіаційний фон – радіоактивне випромінювання на Землі від природних і техногенних джерел, в умовах якого постійно перебуває людина Надходження радіоактивних продуктів до організму людини відбувається по таких харчових ланцюжках грунт продукти рослинного походження (хліб,овочі, фрукти) людина; грунт рослинність молочна худоба молоко людина; грунт рослинність тварина м'ясні продукти людина; Водойма риба (й інші мешканці водойми) людина

Основне завдання в області радіаційного контролю не допустити помітного зростання рівня радіоактивного фону. Для розв'язання цієї задачі кожна людина має бути обізнана з фізичними основами ядерних перетворень; знати, як взаємодіє йонізуюче випромінювання з речовиною, як впливає радіація на живий організм; мати знання про допустимі дози випромінювання та заходи захисту населення від дії радіоактивного випромінювання. Потужність еквівалентної дози природного фону йонізуючих випромінювань, утвореного космічними променями, а також радіоактивністю ґрунту, води, повітря й самої людини становить у середньому 1,25 мЗв/рік. Для людини, яка безупинно піддається опроміненню протягом трудової діяльності (50 років), безпечною вважається потужність дози 50мЗв/рік. Якщо тіло людини протягом короткого часу піддається опроміненню з еквівалентною дозою 3-5 За, то в 50% випадків через 1-2 місяці настає смерть. Доза в 10-50 Зв, отримана за таких умов, призводить до смерті через 1-2 тижні. За дози 200-250 Зв смерть настає майже миттєво.

§46 1. Нанесіть на контурну карту України основні атомні електростанції та місця розташування покладів руди. Карту вклейте в зошит. Зробіть висновок щодо природного радіаційного фону на території України. (3 б) 2. Перелічіть атомні електростанції, які на сьогодні працюють в Україні. Якою є загальна потужність цих електростанцій? (1 б) 3. Який техногенний фактор найбільшою мірою впливає на підвищення радіоаційного фону? (1 б) 4. Як уникнути додаткового впливу радіації? (1 б)

1)На рисунку зображено процес проходження α- частинці скрізь речовини с точки зору ядерної моделі. (0,5 б) А)Цей процес доказує справедливість моделі атома Томсона. Б)Цей процес доказує,що діаметр ядра значно менше діаметра атома. В)Цей процес доказує, що ядро атома має негативний заряд. 2)На рисунку показана планетарна модель атома Резерфорда . Кількість яких частин в атомі повинно бути обов'язкова однаковим? (0,5 б) А)Протонів і нейтронів Б)Електронів та нейтронів. В) Електронів та протонів. 3)На рисунку зображено модель атома. (0,5 б) А)Це атом гідрогену. Б)Це атом літія. В)Це атом гелію. 4)На рисунку зображено фрагмент періодичній таблиці елементів Д.І. Менделєєва. (0,5 б) А)В атомі алюмінію 13 електронів. Б)В ядрі атома алюмінію 26 протонів. В)В ядрі атома алюмінію 13 нуклонів.

5)На рисунку зображено фрагмент періодичної таблиці елементів Д.І.Менделєєва(0,5 б) А)В атомі радію більше усього нуклонів. Б)В атомі радію більше усього протонів. В) В атомі радію більше усього електронів. 6)На рисунку зображено модель ядра атома. (0,5 б) А)Нуклони в ядрі видержують сили тяжіння. Б)Нуклони в ядрі видержують електричні сили. В)Нуклони в ядрі видержують ядерні сили. Середній рівень 1)В ядрі атома цинку 65 часток , з них 30 протонів. Скільки нейтронів в ядрі та скільки електронів обертається навколо ядра цього атома? (0,5 б) 2)Які основні властивості ядерних сил? (0,5 б) 3)Ядро атома вуглецю містить 12 часток. Навколо ядра рухаються 6 електронів. Скільки в ядрі протонів та нейтронів? (0,5 б) 4)Які характеристики протона ви знаєте? Ядром якого хімічного елемента являється протон? (0,5 б) 5)Який состав ядра атома алюмінію? (0,5 б) 6)Які характеристики нейтрона ви знаєте ? Чому цю частину тяжко було відкрити? Достатній рівень 1) Чому Резерфорд вважав ядра атомів дуже маленькими, дуже масивними та позитивно заряджені? (0,5 б)

2)Ядро атома та електрони мають різні знаки зарядів та , послідовно, притягуються друг до друга. Чому ж електрони не падають на ядра атомів? (0,5 б) 3)Як можна пояснити явище електризації з допомогою моделі атома Резерфорда? (0,5 б) 4)Як можна пояснити створення позитивних та негативних іонів з допомогою моделі атома Резерфорда? (0,5 б) 5)Є три різновиди атомів вуглецю : з масовими числами 12( С),13 ( С ),14( С). Скільки електронів містить в нейтральному атомі кожного сорту?Чім обумовлена різниця в масових числах? (0,5 б) 6)Розмістити вказані нижче атоми ядра: а)по мірі зростання масового числа; б)по мірі зростання зарядів ядра; в)по мірі зростання числа нейтронів у них. (0,5 б) 54 Mn, 192 Ir, 35 S ,59Fe ,134Cs,152 Eu. Високий рівень 1)Яким числом – зарядовим чи масовим визначається хімічні властивості елемента? Чим це пояснюється? (0,5 б) 2)Які дослідні факти не змогла пояснити планетарна модель атома? (0,5 б) 3)На чому основуються пропозиції Резерфорда о том, що в склад атомних ядер входять не тільки протони, але й нейтральні частки с масовим ,яка приблизно дорівнює масі протона? (0,5 б) 4)У чому заключалося протиріччя між ядерною моделлю атома Резерфорда и законами класичної фізики? (0,5 б) 5) Будова атома (ядро + електрони) нагадують будову Сонячної системи (Сонце + планети).У чому різниця між ними? (0,5 б) 6)Враховуючи відносини розмірів ядра та електричної оболонки , атом часто називають “ ажурним ”. Що ажурніше – Сонячна система чи атом? (0,5 б)

§46 1. Нанесіть на контурну карту України основні атомні електростанції та місця розташування покладів руди. Карту вклейте в зошит. Зробіть висновок щодо природного радіаційного фону на території України. (3 б) 2. Перелічіть атомні електростанції, які на сьогодні працюють в Україні. Якою є загальна потужність цих електростанцій? (1 б) 3. Який техногенний фактор найбільшою мірою впливає на підвищення радіоаційного фону? (1 б) 4. Як уникнути додаткового впливу радіації? (1 б)

Варіант 1 Перший рівень 1)На рисунку зображено фрагмент періодичної таблиці елементів Д.І. Менделєєва (1 б) А. В атомі фосфору 31електрон. Б. В ядрі атома фосфору 15 нуклонів. В. В ядрі атома фосфору 15 протонів Г. В ядрі атома фосфору 30 нейтронів. 2) Альфа – випромінювання являє собою …(1 б) А…. потік ядер Гідрогену. Б…. потік ядер Гелію. В…. потік нейтронів. Г…. потік швидких електронів. 3) В ядрі атома золота 197 частинок, із них 79 протонів. Скільки нейтронів в ядрі і скільки електронів обертається навколо ядра цього атома? (1 б) Другий рівень 4)Визначте невідомий продукт Х ядерної реакції: (1 б) 5)При природному радіоактивному розпаді Радію з ядра вилітає α- частинка. Напишіть ядерну реакцію для цього випадку. У ядро якого елемента перетворюються при цьому ядро атома Радію.(2 б)

третій рівень 1)Який ізотоп утворюється з Li після одного бета – розпаду і одного альфа – розпаду? (3 б) Четвертий рівень 1. Активність препарату Полонію на початку досліду становила 9600 Бк. Скільки розпадів відбувалося в препараті за півхвилини? Якою стала активність препарата після розпаду 2/3 усіх атомів. (3 б)

Варіант 2 1)На рисунку дано фрагмент періодичної таблиці елементів Д.І. Менделєєва. (1 б) В ядрі атома свинцю 82 нуклона. В атомі свинцю 82 електрона. В ядрі атома свинцю 82 нейтрона. В ядрі атома свинцю 125 протонів. 2)Яке з приведених нижче висловлювань визначає поняття цепної ядерної реакції? (1 б) Процес самовільний розпаду ядер атомів деяких хімічних елементів. Процес реакції ділення, в якій число поділених ядер збільшується протягом часу (атомний вибух) або залишається незмінним. Процес перетворення атомних ядер , який відбувається в результаті їх взаємодії з елементарними частинками або друг із другом. Процес розпаду деяких атомних ядер на дві приблизно рівні половини, який відбувається під дією нейтронів. 3) Скільки протонів, нейтронів і електронів в атомі Берилію? (1 б)

третій рівень 4) Допишіть відсутнє позначення: (1 б) 5)При бомбардуванні α – частинками утворюється нове ядро і нейтрон. Запишіть ядерну реакцію і визначте, ядро якого елементу при цьому утворюється (2 б) Четвертий рівень 1. На яку висоту можна підняти кам'яну брилу масою 1000 т за рахунок енергії, що виділяється під час радіоактивного розпаду 1 г Урану? в 1 г Урану міститься близько 2,6 1021 атомів; під час розпаду одного ядра виділяється енергія 200 МеВ. g = 10 Н/кг а

І рівень. 1.Виберіть і обведіть правильну відповідь. Позначення: варіант 1а) числа нейтронів в атомі; варіант 1б) енергії а)N; б)Е; в)Р; г)А; 2.Выбирыть ы обведіть правильну відповідь. Одиниця вимірювання варіант 1а)частоти варіант 1б)довжини хвилі а)м; б) в)Гц; г)с; 3.Вибирить і обведіть правильну відповідь. За якою формулою обчислюється: варіант 1а) енергія зв'язку атомних ядер; варіант 1б) дефект маси; а)Zm р + Nm n – m я , б) N02 в)hv; г) 4.Допишить ядерну реакцію: варіант 1а) варіант 1б)

№ Достатній рівень УРБ 7. Обчисліть у скільки разів маса електрона менша від маси альфа частинки? Дано Розв'язування 1 8. Обчисліть енергію альфа-частинки, яка рухається зі швидкістю 30 000 км/с. Дано Розв'язування 2 Оцінка:

Самостійна робота№1 “Атом і атомне ядро” Група_____Курс_____П.І.Б________________________________