Zadanie 1- struktura materii Zadanie 2 – budowa atomu

Zadanie 1- struktura materii
1. Z jakich cząstek składa się proton, neutron, elektron?
2. Jakimi własnościami fizycznymi różnią się te cząstki? (masa, ładunek elektryczny)
3. Czy pojedyncze kwarki mogą istnieć?
4. Jak nazywamy kwanty oddziaływania silnego, za pomocą których, kwarki są sklejone ze sobą?
5. Czy prawdą jest stwierdzenie, że cząstkami elementarnymi nie są protony i neutrony lecz kwarki, glony, elektrony
(i wiele innych).
Zadanie 2 – budowa atomu
1. Opisz budowę atomu wodoru.
Liczbę protonów w jądrze nazywamy liczbą porządkową lub atomową i oznaczamy literą Z.
Liczbę nukleonów w jądrze (sumę ilości protonów i neutronów) nazywamy liczbą masową i oznaczamy literą A.
Zapisujemy to:
.
Odpowiedz tak lub nie:
2. Atom, którego liczba porządkowa wynosi Z a liczba masowa A
• zawiera w jądrze A – neutronów.
• posiada w powłokach elektronowych Z – elektronów.
• zawiera w jądrze (A – Z) protonów.
3. Atom, którego jądro składa się z dwu protonów i dwu neutronów
• to hel.
• ma masę równą masie jego składników.
• podwójnie zjonizowany (zabrano dwa elektrony) nosi nazwę cząsteczki α.
Zadanie 3 – izotopy
Izotopy, to odmiany pierwiastków, różniące się liczbą neutronów w jądrze.
Odpowiedz tak lub nie:
1. Atomy węgla
•
•
•
•
•
oraz
Są izotopami tego pierwiastka.
Mają jednakową liczbę neutronów.
Mają różną masę.
Posiadają te same własności fizyczne
Posiadają te same własności chemiczne.
2. Z zapisu
•
•
•
można odczytać, że
Ładunek jądra uranu Z = 92 e.
W jądrze znajduje się 235 nukleonów.
W jądrze znajdują się 143 protony.
Zadanie 4 – siły jądrowe
Jądra wodoru i helu oznacza się odpowiednio symbolami:
i
. Podobnie oznacza się proton symbolem
, neutron
i elektron
.
1.
Do każdego opisu dopasuj cząstkę:
• ujemny ładunek jednostkowy i znikomo mała masa • dodatni ładunek jednostkowy i liczba masowa 1 - ….
• Ładunek 0 i liczba masowa 1 - ……………..
…………..
2. Uzupełnij tekst wyrazami wypisanymi pod spodem:
Jakie są przyczyny wiąŜące ze sobą nukleony w jądrze atomu, mimo Ŝe w ich skład wchodzą …………
obdarzone jednoimiennym ładunkiem elektrycznym, a więc podlegające działaniu elektrycznych sił …… . Spójność jądra
atomowego tłumaczy się występowaniem szczególnych sił przyciągania nukleonów ( protonów i …………)
, zwanych siłami …………. . Siły jądrowe przekraczają wielokrotnie siły elektrycznego odpychania protonów, jednakŜe
mają niewielki zasięg (rzędu ………….), odpowiadający wymiarom jądra, poza którym działanie ich szybko maleje.
Ponadto cechą charakterystyczną sił jądrowych jest to, Ŝe kaŜdy ………… w jądrze oddziałuje tylko na najbliŜsze
sąsiednie nukleony. Najtrwalsze związanie nukleonów odpowiada cząsteczce α (jądro ……..) , złoŜonej z dwóch protonów
i dwóch neutronów. W jądrach pierwiastków cięŜkich, zawierających większą liczbę protonów, znacznie wzrastają
siły odpychania ……… i siły jądrowe nie mogą juŜ zapewnić trwałości jądra, które moŜe ulec ……….
(promieniotwórczość naturalna).
elektrycznego, nukleon, odpychających, 2 · 10-15 m, neutronów, protony, jądrowymi, helu, rozpadowi
Zadanie 5 – promieniotwórczość naturalna
Uzupełnij tekst wyrazami wypisanymi pod spodem:
W roku 1896 francuski uczony Becquerel (czytaj: bekerel) odkrył, że minerały zawierające uran emitują niewidoczne dla
oka promieniowanie, przenikające przez ciała nieprzezroczyste i działające na kliszę fotograficzną. Badania tego zjawiska
prowadzone przez Marię Skłodowską-Curie i jej męża Piotra Curie doprowadziły do odkrycia nowych pierwiastków
……… , emitujących to promieniowanie i nazwanych pierwiastkami ………… lub radioaktywnymi.
Dalsze badania pokazały, że zjawisku promieniotwórczości towarzyszy powstawanie nowych pierwiastków, a więc jego
istota polega na zmianach zachodzących w ……………… .
Ponadto stwierdzono, że pierwiastki radioaktywne emitują trzy rodzaje ………… o różnej naturze, które nazwano
promieniowaniem α, β, γ.
• Promieniowanie α : promieniotwórcze cząstki α są mało przenikliwe ( w powietrzu ich zasięg nie przekracza kilku
centymetrów), w polu magnetycznym odchyla się w stronę, w którą odchylają się ładunki …………….. , ma silne
własności jonizujące.
• Promieniowanie β : jest to strumień swobodnych elektronów, o energii znacznie większej od energii jonizacji. W
polu magnetycznym odchyla się w stronę, w którą odchylają się cząstki o ładunku ujemnym. W powietrzu jego
zasięg wynosi kilka metrów.
• Promieniowanie γ: to promieniowanie elektromagnetyczne. Jest bardzo przenikliwe, przechodzi nawet przez
grube warstwy ołowiu. W polu magnetycznym nie ulega odchyleniu.
promieniotwórczymi, polonu i radu, jądrach atomowych, dodatnie, promieniowania
Zadanie 6 – energia wiązania jąder atomów
Przeczytaj i przeanalizuj uwaŜnie tekst:
Opis oddziaływania nukleonów:
Sprawdzono doświadczalnie, że siły jądrowe „nie rozróżniają” nukleonów: dwa protony lub dwa neutrony oddziałują
takimi samymi siłami jądrowymi. Każdy nukleon może ulegać działaniom tylko swoich najbliższych sąsiadów
(ponieważ siły jądrowe są krótkozasięgowe).
Najtrwalsze są jądra pierwiastków znajdujących się mniej więcej w środku układu okresowego, których liczba masowa A
jest zbliżona do 50 (od 50 do 83). Energia wiązania takiego układu jest największa. W jądrach lekkich i najcięższych
nukleony powiązane są z nieco mniejszą siłą.
Wyjaśnienie:
W jądrach lekkich odpychanie elektrostatyczne jest zupełnie minimalne. Każdy nukleon jest związany z
wszystkimi pozostałymi nukleonami siłami jądrowymi. W miarę zwiększania się liczby nukleonów przypadająca na
jeden nukleon ilość „wiązań” wzrasta.Wzrasta energia wiązania.
Ponieważ jednak zasięg sił jądrowych, jest bardzo mały, szybko nadchodzi moment, kiedy wiązania stają się
nasycone. Energia wiązania przestaje wzrastać, jest prawie stała. (dla A od 50 do 83)
Przy przejściu do ciężkich jąder ponownie zmniejsza się energia wiązania. Jest to wynikiem wzajemnego
odpychania elektrostatycznego protonów. W jądrach atomowych uczestniczą w tym odpychaniu wszystkie kombinacje
dwu protonów, nawet odległych od siebie, podczas gdy siła przyciągania działa tylko między sąsiadującymi między sobą
nukleonami. A zatem efekt działania siły odpychającej wzrasta stale w miarę powiększania się jądra o każdy nukleon,
podczas gdy siła przyciągania osiąga górny pułap.
Nadchodzi taki moment, kiedy odpychanie zaczyna przeważać nad przyciąganiem, jądro staje się nietrwałe i jako takie nie
może już istnieć. Jądro wyzbywa się jednej cząstki α (jądro helu). Proces ten nazywamy promieniotwórczością naturalną
(np. rozpad radu i innych najcięższych pierwiastków w układzie okresowym).
1 eV = 1,6 · 10-19 J
Rys.1 Zmiany energii wiązania przypadającej na jeden nukleon, jako funkcja masy atomowej.
Fizycy nazywają ten wykres „najważniejszym wykresem świata”, bo wynika z niego możliwość wykorzystania energii
jądrowej – energii, dzięki której świecą gwiazdy.
Zadanie 7 – masa i energia
Masa i energia
Einstenowska zasada równoważności masy i energii głosi, że masa jest jedną z form energii: może to być energia
kinetyczna, potencjalna, cieplna itp. Istnieje równoważność masy i energii, podobnie jak równoważność ciepła i pracy.
Do końca XIX w. sądzono, że masa, a nie energia, ulega zachowaniu w trakcie przemian. Tymczasem zachowaniu
ulega energia, masa zaś może ulegać zmianom. Ubytek masy pojawia się pod postacią innego rodzaju energii. Kiedy masa
ulega zwiększeniu, dzieje się to kosztem energii, np. kinetycznej.
Masa jest skoncentrowaną energią.
Masa wydaje się nam czymś niezmiennym, dlatego, że współczynnik równoważności jej z różnymi formami
energii jest bardzo wysoki. Wyraża się on słynnym równaniem, wiążącym energię E i masę m: E = m c2 (c – szybkość
światła 3· 108 m/s). Według tego równania, każdy kilogram masy pod względem energetycznym odpowiada 25 miliardom
kWh. W naszym świecie (makroświecie) trudno jest wywołać takie zmiany energii. Aby obserwować dostrzegalne zmiany
masy, trzeba dysponować olbrzymią energią przypadającą na każdą cząstkę materii. Jedynie zjawiska jądrowe, naruszające
samo jądro, pozwalają naprawdę obserwować te zmiany.
Zadanie
Jak zużytkować ogromne zasoby energii, jakie stanowi materia jąder? Rozwiązaniem idealnym (nie możliwym do
przeprowadzenia zgodnie z prawem zachowania nukleonów), byłaby całkowita dematerializacja.
Oblicz energię, jaką by uzyskano z zamiany 1 g substancji w energię. (wskazówka: E = mc2, c = 3· 108 m/s ).
O antymaterii:
W przypadku idealnym dematerializacja byłaby możliwa tylko wtedy, gdyby dysponowano naturalnym i podległym naszej
woli zasobem antymaterii. Nic nie przeczy istnieniu tego rodzaju zasobów we Wszechświecie, lecz na razie władanie
antymaterią jest jeszcze problematyczne.
CERN - Europejska Organizacja Badań Jądrowych obchodził w 2004 roku pięćdziesięciolecie swego istnienia. Jest to
największe na świecie laboratorium naukowe, zlokalizowane koło Genewy, obecnie sięgające na teren Francji. Badania
naukowe w CERN koncentrują się wokół akceleratorów. Protony i antyprotony, elektrony i pozytony, a także ciężkie jony
przyspieszane są w tych urządzeniach do coraz wyższych energii. W ich zderzeniach wytwarza się nowe, nieznane dotąd,
zbyt rzadkie lub zbyt krótko żyjące cząstki. Dostarczają one informacji o strukturze materii, początkach wszechświata i
nieznanych wcześniej prawach obowiązujących w przyrodzie. Obecnie budowany w CERN największy na świecie
akcelerator protonowy o nazwie LHC pozwoli na kolejny krok w nieznane.
Jedną z cząstek, które można przyspieszać w akceleratorach, jest antyproton – cząstka antymaterii. Antyproton jest jakby
odbiciem protonu, ma taką samą masę, moment magnetyczny, spin. Różni się jedynie znakiem ładunku elektrycznego.
Antyprotony produkowano w CERN w zderzeniach wysokoenergetycznych protonów z jądrami miedzi.
Obecnie w CERN wytworzono w pułapkach o ścianach z pól elektrycznych i magnetycznych zimny (niskoenergetyczny)
antywodór, ale tylko w ilości mikroskopowej.
Zadanie 8 – energia wiązania, deficyt masy
Masa spoczynkowa jądra mj jest zawsze mniejsza od sumy mas cząsteczek wchodzących w skład jądra. Różnica ta nosi
nazwę deficytu masy (lub defektu masy) i oznaczana jest ∆ m. Istnienie tej różnicy jest związane z tym, że rozbicie jądra
na poszczególne składniki wymaga pokonania sił wzajemnego przyciągania, wymaga więc wykonania pracy. [Praca
(energia) nie może „zniknąć” zgodnie z zasadą zachowania energii, a więc „zamienia” się na masę]. Tę ilość pracy nazywa
się energią wiązania jądra – patrz zadanie 6.
Energia wiązania wyraża się przez deficyt masy wzorem: Ew = ∆ m · c2 .
Dla układu złożonego z dwóch składników: ∆m = m1 + m2 – Mu , gdzie m1 i m2 to masy składników, Mu masa układu
złożonego z tych składników.
Rozpatrzmy np. jądro litu 7 utworzone z 3 protonów i 4 neutronów. Suma mas tych 7 nukleonów równa się 6572 MeV.
Zmierzona doświadczalnie masa tego jądra wynosi tylko 6533 MeV. A więc obserwuje się „ubytek masy” wynoszący 39
MeV. Ponieważ energia całkowita (łącznie z masą) nie ulega zmianie, defekt masy w ilości 39 MeV jest
równy wyzwalanej energii, która jest właśnie energią wiązania jądra litu.
Zadanie
Jeśli nie możemy zużytkować całej masy jądrowej, pozostają nam defekty masy, które stanowią w przybliżeniu jej setną
część.
Na podstawie przeczytanego tekstu z zadania 6 i 7 oraz rysunku 1 uzasadnij stwierdzenia:
a) Rozszczepienie (podział) jąder ciężkich prowadzi do wytworzenia znacznych ilości energii.
b) Najsilniej związane są jądra średnie.
c) Energia może zostać wytworzona podczas syntezy (łączenia) jąder lekkich.
d) Energia jądrowa wydziela się podczas przemian jądrowych zachodzących na Słońcu, ponieważ źródłem energii
Słońca są reakcje łączenia jąder wodoru w jądra helu (reakcje fuzji jądrowej).
e) Nie jest prawdą, że energia jądrowa wydziela się w trakcie rozszczepienia jąder o średnich masach.
Zadanie 9 – przemiany α, β , γ.
PoniŜsze reguły to tzw. reguły przesunięć Soddy’ego i Fajansa (od nazwisk dwóch uczonych amerykańskich, którzy je
sformułowali).
Najbardziej stabilne są jądra, gdy liczba protonów jest równa liczbie neutronów lub nieco od niej mniejsza.
Wszystkie jądra, w których jest za dużo neutronów, podlegają rozpadom promieniotwórczym.
a) Przemiana α :
Niektóre spośród najcięższych jąder są na granicy stabilności (stosunek liczby neutronów do protonów jest wyższy w
przypadku jąder ciężkich niż średnich). Ich rozpad wymaga tylko uderzenia przez jakąkolwiek cząstkę elementarną.
Cząstki α wysyłane przez promieniotwórcze jądra są jądrami helu
podczas którego jest wysyłana cząstka α zapisuje się w postaci:
→
+
. Rozpad jądra pierwiastka o ogólnym symbolu X,
gdzie Y jest symbolem powstałego pierwiastka
chemicznego.
Przykład (rodzina uranu):
Rad
w czasie naturalnej przemiany promieniotwórczej emituje z jądra cząstkę α , pozostała część
jądra tworzy jądro nowego pierwiastka radonu
2
Z-2 = 88 – 2 =86
Przemianę tę zapisujemy następująco:
→
. Obliczenia: A = (A-4) +4
A-4 = 226 – 4 =222; Z = (Z-2) =
+
b) Przemiana β
W przemianie tej jeden z neutronów „zmienia się” w proton, emitując przy tym elektron i neutralną cząstkę – neutrino
Schemat rozpadu:
→
+
Ani elektronu, ani neutrina nie ma w jądrze przed rozpadem. Powstają one dopiero podczas rozpadu.
Przykład (rodzina uranu):
.
Rozpad promieniotwórczy izotopu ołowiu
polega na przemianie jednego neutronu w jądrze w proton. W wyniku
której zostaje wyrzucony z jądra swobodny elektron i tworzy się jądro izotopu bizmutu
.
Przemianę tę zapisujemy następująco:
→
c)
+
Zarówno wysyłaniu cząstek α
zwane promieniowaniem γ.
jak i cząstek β może towarzyszyć promieniowanie elektromagnetyczne
Zadania.
1. Jakie jądro otrzymamy z rozpadu β jądra trytu? (Tryt izotop wodoru, w którego jądrze znajdują się proton i
dwa neutrony).
2. W wyniku przemian promieniotwórczych jądro uranu
przechodzi w jądro bizmutu
przemian α i β nastąpiło przy tym przejściu? (odp. 6 przemian α, 3 przemiany β)
Zadanie 10 – cztery rodziny naturalnych pierwiastków promieniotwórczych
. Ile
Naturalne pierwiastki promieniotwórcze tworzą cztery rodziny: toru, uranu, aktynu oraz neptunu. W każdej z nich
zachodzą przemiany, polegające na emisji cząstek α lub β.
Przeanalizuj szeregi promieniotwórcze.
Zadanie 11 – prawo rozpadu
Pomiary promieniowania wykazały, że rozpad pierwiastka promieniotwórczego nie następuje równocześnie w całej jego
masie, lecz w ten sposób, iż w jednakowych i ściśle określonych dla każdego pierwiastka odstępach czasu,
zwanych okresem połowicznego rozpadu rozpada się połowa jego atomów.
Dla radu
okres połowicznego rozpadu wynosi 1620 lat, co oznacza, że po upływie tego czasu z 1 mg radu
pozostanie 0,5 mg, a po upływie następnych 1620 lat – połowa tej połowy, czyli 0,25 mg radu itd. Dla polonu
czas
połowicznego rozpadu wynosi 3 · 10-7 sekundy. Mimo tak krótkiego półokresu polon występuje w przyrodzie, gdyż jego
zasoby są ciągle uzupełniane w wyniku rozpadu promieniotwórczego innych pierwiastków.
Rysunek ilustruje wykres funkcji zależności liczby jąder N (atomów) tego samego pierwiastka, pozostałych w próbce z
pierwotnej liczby N0 po upływie czasu t.
Zadanie 12 – prawo rozpadu
Dla każdego jądra pierwiastka promieniotwórczego istnieje określone prawdopodobieństwo
tego, że rozpadnie się ono
w ciągu jednostki czasu. Jeśli preparat zawiera N atomów w chwili t, to liczba jąder ∆N, które rozpadną się w czasie ∆t,
wynosi:
∆N = - λ N ∆t .
Na podstawie tej relacji wyprowadza się podstawowe prawo rozpadu promieniotwórczego:
N = N0
,
gdzie: N0 jest liczbą jąder w chwili t = 0, e jest podstawą logarytmów naturalnych e= 2,718,
jąder pozostałych w preparacie.
- stałą rozpadu, N – liczba
,
Ponieważ, po czasie T połowa jąder ulegnie rozpadowi, więc N = ½ N0 = N0
Stąd T ∙ λ = ln 2 = const.
Zadania:
Zadanie przykładowe:
W preparacie promieniotwórczym, o czasie połowicznego zaniku T, znajduje się N0 jąder w chwili początkowej. Ile jąder
będzie w preparacie po upływie czasu T/2, T, 2T, 3T?
Rozwiązanie:
Sposób I
a)
b)
c)
Dla czasu T: czas T jest zdefiniowany jako czas, po którym pozostanie N = N0/2 jąder.
Dla czasu 2T: po czasie T pozostaje N0/2 jąder, a jeszcze raz po czasie T pozostaje N0/4 jąder.
Czyli N = N0/4.
Po czasie 3T pozostaje N = N0 /8.
Sposób II
Na podstawie prawa rozpadu promieniotwórczego N = N0
. Ponieważ, T λ = ln2
N = N0
. Dla t = T/2, mamy N = N0
= N0 (
Podobnie możemy obliczyć liczbę jąder dla pozostałych czasów.
)1/2. Ponieważ
więc:
= ½, więc N = N0 /
Zadanie 1
Czas połowicznego rozpadu izotopu strontu
wynosi T = 20 lat. Jaki procent pierwotnej liczby jąder pozostanie po
upływie 40 lat, 60 lat? Wskazówka: oblicz N/N0.
* Zadania dla uczniów poszerzających materiał:
* Zadanie 2
Masa preparatu promieniotwórczego zmniejszyła się czterokrotnie w ciągu 10 lat. Ile wynosi czas T połowicznego rozpadu
tego preparatu?
* Zadanie 3
W ciągu czasu t = 4 godziny 75% początkowej liczby jąder promieniotwórczego izotopu rozpadło się. Oblicz czas
połowicznego rozpadu T.
Zadanie 13 – szkodliwość promieniowania
Promieniowanie jądrowe silnie oddziałuje na organizm ludzki, przy czym jego skutek zależy od wielkości pochłoniętej
dawki.
Bardzo duże dawki są śmiertelne.
Zadanie 1
Napisz, które narządy człowieka są najbardziej narażone na szkodliwe działanie promieniowania jądrowego (uwzględnij
promieniowanie rentgenowskie).
Zadanie 2
Jak chronimy organizm ludzki przed promieniowaniem jądrowym?
Zadanie 14 - zastosowania promieniotwórczości
Zadanie 1
Wypisz przynajmniej 3 przykłady zastosowania pierwiastków promieniotwórczych.
Zadanie 2
Omów sposób oceny wieku wykopaliska przez pomiar zawartości izotopu
.
Zadanie 15 - promieniotwórczość sztuczna (reakcje jądrowe)
Reakcje jądrowe są to procesy, w których pojedyncze cząstki lub jądra, gdy znajdują się dostatecznie blisko
innego jądra, oddziałują na siebie siłami jądrowymi, w wyniku czego powstaje nowe jądro. Schemat reakcji:
X + a → Y +b
Taki zapis oznacza, Ŝe cząstka a w wyniku oddziaływania z jądrem X daje cząstkę b i jądro Y.
Przykład:
+
→
+
We wszystkich reakcjach jądrowych są spełnione prawa zachowania:
• Liczby nukleonów: A1 + A2 = A3 + A4
• Ładunku elektrycznego: Z1 + Z 2 = Z3 + Z 4
Energii całkowitej, tj. prawo zachowania energii i masy, zgodnie z mechaniką relatywistyczną:
E1 + E2 = E3 + E4
Pędu: p1 + p2 = p3 + p4
•
•
Reakcji jądrowej może towarzyszyć wydzielanie się energii lub jej pochłonięcie. ∆E = [(m1 + m2) – (m3 + m4)] c2
Wyróżniamy dwa rodzaje reakcji jądrowych: reakcje syntezy i rozpadu.
a) reakcja syntezy (łączenia) nukleonów jest związana z wydzielaniem energii, w ilości równoważnej energii wiązania:
E w = ∆m c2, gdzie ∆ m – deficyt masy.
Przykład:
+
→
Połączenie protonu z neutronem w jądro deuteru.
Liczba masowa:1 + 1 = 2, liczba porządkowa: 1 + 0 = 1.
Obliczamy energię wiązania jądra atomu deuteru:
mp = 1,672 ∙ 10-27 kg (masa protonu)
mn = 1,674 ∙ 10-27 kg (masa neutronu)
md = 3,343 ∙ 10-27 kg (masa jądra deuteru)
E=?
Suma mas nukleonów jądra deuteru wynosi: mp,n = (1,672 + 1,674) ∙ 10-27 kg = 3,346 ∙ 10-27 kg
Defekt masy: ∆m = mp,n - md = (3,346 – 3,343) ∙ 10-27 kg = 3 ∙ 10-30 kg
Energia wiązania: E = ∆m c2 = 3 ∙ 10-30 kg ∙ (3 ∙ 108)2 m2/s2 = 27 ∙ 10-14 J
b) reakcja rozpadu (rozszczepienie, czyli podział jąder)
Przykład:
→
+
gdzie
- pozyton (można zapisać go również e+). Pozyton jest jakby odbiciem elektronu, ma taką samą masę, moment
magnetyczny, spin. Różni się jedynie znakiem ładunku elektrycznego.
Zadanie 16 - zadanie maturalne
31.4 (3 pkt)
Głównym źródłem energii Syriusza A są reakcje termojądrowe polegające na zamianie
wodoru w hel za pośrednictwem węgla i tlenu (tzw. cykl CNO).
a. Uzupełnij równanie reakcji będącej częścią cyklu CNO.
+ …………… →
+γ
b. Poniżej zamieszczono równania dwóch przemian jądrowych cyklu CNO. Obok
równań reakcji zapisz nazwę tego typu procesu jądrowego.
+
→
→
+γ
+ e+
………………………………….
…………………………………
31.5 (4 pkt)
W zachodzącym w jądrze Syriusza A cyklu CNO najwięcej energii wydziela się podczas
reakcji zamiany węgla w azot.
+
→
+γ
Oblicz, ile jąder węgla w Syriuszu A musiałoby ulec tego typu reakcji, by wytworzona
energia mogła w normalnych warunkach stopić 1 g lodu. Ciepło topnienia lodu wynosi
3,34 ∙105 J/kg. Masy jąder wodoru, węgla i azotu mają wartości odpowiednio równe:
mH = 1,673 ∙ 10-27 kg, mC = 21,586 ∙ 10-27 kg, mN = 23,245 ∙ 10-27 kg
Zadanie 17 - Reakcje łańcuchowe
Przeczytaj uważnie tekst. Uzupełnij luki wyrazami znajdującymi się pod spodem
Praktyczne wykorzystanie energii jądrowej stało się możliwe dzięki temu, że uwolnione w trakcie rozszczepienia jądra
uranu 2 lub 3 swobodne ………………. Działają jak pociski, wywołując po zderzeniu się z jądrami innych ……………..
2 lub 3 dalsze rozszczepienia oraz wyrzucenie 4 do 9 nowych ……………….. . Proces ten, w którym po rozszczepieniu
jądra, wywołanym przez jeden neutron następują samorzutnie, w sposób lawinowy dalsze rozszczepienia, nosi
nazwę reakcji …………….. .
Przykład równania możliwej reakcji jądrowej:
+
→
+
+2
Y – jądro itru,
J – jądro jodu
Rysunek ilustruje możliwe rozpady jądra uranu
.
W rzeczywistości jednak nie wszystkie uwolnione neutrony wywołują rozszczepienie innych jąder uranu. Pewna
ich część zostaje pochłonięta przez jądra produktów rozszczepienia, inne natomiast wybiegają poza obręb bryły materiału
rozszczepialnego nie zderzając się z ………… . Szczególnie dużo neutronów ubywa wówczas, gdy bryła materiału
rozszczepialnego ma niewielkie wymiary. Im są one większe tym większa liczba uwolnionych neutronów zostaje
wychwytana przez jądra pierwiastka rozszczepialnego, po przekroczeniu zaś określonych wymiarów, zwanych wymiarami
krytycznymi (masą krytyczną) może się już rozwinąć reakcja łańcuchowa. W przeciwnym razie reakcja ……………… .
Przykład: wymiary krytyczne czystego uranu
są niewielkie. Średnica krytyczna wynosi ok. 10 cm.
Podstawowe materiały rozszczepialne to: ………………………… .
Zderzenie neutronu o dużej energii z jądrem uranu powoduje jego rozszczepienie tylko wówczas, gdy trafi on w
środek jądra. Prawdopodobieństwo takiego trafienia jest bardzo małe. Znacznie częściej wynikiem zderzenia jest odbicie
neutronu, powodujące zmniejszanie jego prędkości, a więc energii. Proces ten nosi
nazwę …………………. neutronów. Spowalnianie można również uzyskać w wyniku zderzeń sprężystych z jądrami
pierwiastków lekkich, np. litu, kadmu, boru, czyli tzw. spowalniaczy.
atomów, gaśnie, neutrony, łańcuchowej, spowalniania, jądrami, neutronów, uran i pluton, neutronów
Zadanie 18 - Reakcje łańcuchowe
1. Zastosowanie niszczycielskie: olbrzymie ilości energii wyzwalanej w trakcie rozszczepienia paliwa jądrowego mogą być
gwałtownie wydzielane w bombie atomowej. Pierwsze bomby atomowe: uranowa (zrzucona na Hiroszimę) i plutonowa
(zrzucona na Nagasaki) stały się przyczyną śmierci i kalectwa tysięcy ludzi.
2.Zastosowanie twórcze: reaktor jądrowy. Opisz krótko budowę reaktora jądrowego.
Zadanie 19 - reakcje termojądrowe
1.
Przeczytaj tekst i uzupełnij brakujące wyrazy:
Rozszczepianiu jąder pierwiastków ciężkich towarzyszy wydzielanie energii (patrz zadania poprzednie). Energia
wydziela się również w czasie syntezy jąder pierwiastków lekkich. Połączenie tych jąder może nastąpić jedynie
w bardzo wysokich temperaturach, rzędu kilkuset milionów stopni. Zachodzące samoczynnie w tych temperaturach
reakcje syntezy jąder noszą nazwę reakcji …………………
Przykładem takich reakcji jest połączenie dwóch jąder ciężkiego wodoru (……………..), w wyniku których może
powstać jądro lekkiego izotopu helu i swobodny neutron. Powstałe jądra przekształcają się w wyniku zderzeń z
deuteronami w trwałe jądra helu.
Reakcja z pominięciem faz pośrednich może być przedstawiona równaniem:
+
→
Reakcje termojądrowe, polegające na ………………….. jądra wodoru w jądra helu, zachodzą
przypuszczalnie wewnątrz Słońca, będąc jednym ze źródeł energii promieniowania.
Na powyższej reakcji oparte jest działanie bomby ……. .
deuteru, termojądrowych, przemianie, wodorowej
2.
Co jest warunkiem reakcji termojądrowej?