Ядерные реакции. Деление и синтез ядер

Дата:07.02.2020 Урок № 41 Класс 9

Тема: Ядерные ре­акции. Деление и син­тез ядер

Тип: урок изучения нового материала

Цели урока

– Образовательная: ознакомить учащихся с процессом деления атомных ядер урана, механизмом протекания цепной реакции;

– Развивающая: развивать память, мышление, восприятие, внимание, речь через индивидуальную подготовку к уроку; развивать навыки работы с дополнительной литературой и ресурсами Internet .

– Воспитательная: развивать учебную мотивацию, воспитывать патриотизм через изучение вклада отечественных учёных в мировую науку.

Планируемый результат обучения, в том числе и формирование УУД:

Познавательные УУД: самостоятельное выделение и формулирование познавательной цели.

Коммуникативные УУД: планирование учебного сотрудничества с учителем и сверстниками –

Регулятивные УУД: целеполагание как постановка учебной задачи; оценка- осознание качества и уровня усвоения

знаний, оценка результатов работы.

Личностные УУД: формирование умений управлять своей учебной деятельностью, формирование интереса к физике,

научным достижениям человечества.

Ход урока

1. Орг.момент

Приветствие. Проверка готовности к уроку. Проверка отсутствующих.

1. Постановка цели и задач урока

2. Актуализация знаний

• В чём заключается строение атома по Резерфорду?

(в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются отрицательные электроны )

• Почему это строение называется планетарной моделью атома?

(Строение атома подобно строению звёздной системы )

• Из каких частиц состоит ядро атома?

(из протонов и нейтронов ( нуклонов )

• Какая из этих частиц имеет заряд и какого знака?

протон – положительно заряженная частица)

• Как взаимодействуют друг с другом протоны в ядре?

(так как они заряжены одноименными зарядами, поэтому протоны отталкиваются )

• Какие же силы удерживают нуклоны в ядре?

(силы притяжения, они действуют между нуклонами и в сотни раз сильнее электрических сил отталкивания )

• Что такое радиоактивность?

(радиоактивность – это самопроизвольное излучение веществом α -, β - и γ- частиц )

• Что собой представляют α - , β – частицы?

(α – частица -  , β – частица -   )

• Химический элемент в общем виде записывается так :   . Что означают и что показываютZ и N ?

• (число нейтронов обозначают буквой N. Z показывает число протонов в ядре, также число электронов в атоме, также порядковый номер в таблице Менделеева )

• Что такое дефект масс ?

(разность между массой нуклонов и массой ядра)

• Что такое энергия связи ?

(минимальная энергия, которую необходимо затратить для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны)

.

1. Изучение нового материала

Превращение ядер одного элемента в ядра другого элемента происходит не только в процессе радиоактивного распада. Такое превращение может происходить при взаимодействии ядер элементов друг с другом или с такими частицами, как альфа-частицы, электроны, протоны, нейтроны. Превращение исходного атомного ядра при взаимодействии с какой-либо частицей в другое ядро, отличное от исходного, называют ядерной реакцией.

Силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в ядре, называются ядерными силами. Свойства ядерных сил:

зарядовая независимость – ядерное (сильное) взаимодействие между двумя протонами, двумя нейтронами или между протоном и нейтроном одинаково;

короткодействующий характер – ядерные силы быстро убывают с расстоянием; радиус их действия порядка 10^–15 м;

насыщаемость – ядерные силы могут удерживать друг возле друга в ядре ограниченное количество нуклонов; с ростом числа нуклонов ядра становятся менее стабильными.

Энергия, которая необходима для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны, называется энергией связи.

Измерения показали, что масса покоя ядра М всегда меньше суммы масс покоя нуклонов (протонов и нейтронов), входящих в состав, на величину Δm, называемую дефектом массы: Δm = (Zm_p + Nm_n) – М.

Энергия связи атомного ядра Е_св равна произведению дефекта масс на квадрат скорости света: Е_св = Δmс².

Массу ядер удобно выражать в атомных единицах массы: 1 а.е.м. = 1,67 • 10^–27 кг.

Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с различными частицами или друг с другом. При записи ядерных реакций используются законы сохранения заряда и массового числа (числа нуклонов).

Например, осуществлена ядерная реакция   , в результате которой получен изотоп натрия и некоторая частица, которую нужно определить. Находим сумму массовых чисел в левой части уравнения. Она равна 26. Вычитаем из этого числа массовое число изотопа натрия: 26 – 22 = 4. Следовательно, массовое число неизвестной частицы равно 4. Определяем зарядовое число: сумма зарядовых чисел в левой части равенства равна 13, следовательно, зарядовое число неизвестной частицы 13 – 11 = 2. Таким образом, массовое число образовавшейся в результате реакции частицы 4, а зарядовое число 2. Это — альфа-частица. Уравнение имеет вид: 

Физкультминутка

Термоядерный синтез

Термоядерный синтез — это разновидность ядерной реакции. В ходе ядерной реакции ядро атома взаимодействует либо с элементарной частицей, либо с ядром другого атома, за счет чего состав и строение ядра изменяются. Тяжелое атомное ядро может распасться на два-три более легких —  это реакция деления. Существует также реакция синтеза: это когда два легких атомных ядра сливаются в одно тяжелое.

В отличие от ядерного деления, которое может проходить как самопроизвольно, так и вынужденно, ядерный синтез невозможен без подвода внешней энергии. Как известно, притягиваются противоположности, но вот атомные ядра заряжены положительно —  поэтому они отталкиваются друг от друга. Эта ситуация называется кулоновским барьером. Чтобы преодолеть отталкивание, необходимо разогнать эти частицы до сумасшедших скоростей. Это можно осуществить при очень высокой температуре — порядка нескольких миллионов кельвинов. Именно такие реакции и называются термоядерными.

Естественным термоядерным реактором является звезда. В ней плазма удерживается под действием гравитации, а излучение поглощается — таким образом, ядро не остывает. На Земле же термоядерные реакции можно провести лишь в специальных установках (импульсные системы, квазистационарные системы, токамак, торсатрон).

В ходе ядерных и термоядерных реакций выделяется  огромное количество энергии, которую можно использовать в различных целях — можно создать мощнейшее оружие, а можно преобразовать ядерную энергию в электричество и снабдить им весь мир. Энергия распада ядра давно используется на атомных электростанциях. Но термоядерная энергетика выглядит перспективнее. При термоядерной реакции на каждый нуклон (так называются составляющие ядра, протоны и нейтроны) выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. К примеру, при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ (мегаэлектронвольт), а при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ.

В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий (тяжёлый водород, обозначается символами D и ²H — стабильный изотоп водорода с атомной массой, равной 2) и тритий(сверхтяжёлый водород, обозначается символами T и ³H — радиоактивный изотоп водорода), а в более отдалённой перспективе гелий-3  и бор-11.

1. Закрепление изученного

1. В результате α-pacnada ядро некоторого элемента превратилось в ядро радона ₈₆Rn²²². Что это был за элемент?

1. В какое ядро превращается торий после трех последовательных α-распадов?

1.  Определите дефект масс и энергию связи ядра атома  .

1. Подведение итогов

2. Домашнее задание