№ 4 физика 11. Энергетический выход ядерной реакции

урок № 4 11 класс 9.04.20.

Тема: Энергетический выход ядерных реакций

Цель: сформировать умения записывать ядерные реакции, уметь определять неизвестный продукт реакции с использованием законов сохранения массового числа и заряда, обосновать существование ядерной энергии как одной из форм энергии, формировать умение вычислять энергетический выход ядерных реакций.

1. Организационный момент.

Открываем тетради, записываем число и тему. Делаем конспект урока.

2. Актуализация

Вспомнить:

1. Состав ядра атома;

2. Энергия связи;

3. Дефект массы;

4. Удельная энергия связи

3. Новый материал

Атомные ядра при взаимодействиях испытывают превращения. Эти превращения сопровождаются увеличением или уменьшением кинетической энергии участвующих в превращениях частиц.

Сегодня на уроке мы с вами рассмотрим ядерные реакции на нейтронах и научимся рассчитывать энергетический выход.

Итак, ядерными реакциями называют изменение атомных ядер при взаимодействиях их с элементарными частицами или друг с другом.

Впервые в истории человечества искусственное превращение ядер было осуществлено Резерфордом в 1919 году. Он осуществил мечту всех алхимиков. Ему удалось бомбардировать азот   α - частицами и получить ядро изотопа кислорода:

Что называют изотопом? Написать данную реакцию

Резерфорд предположил, что для разрушения или преобразования ядра нужна очень большая энергия. Наиболее подходящими носителями большой энергии в то время и были α-частицы, вылетающие из ядер при радиоактивном распаде.

1932 год, сотрудники Резерфорда, Уолтон и Кокрофт впервые расщепили   на две α-частицы, с помощью искусственно ускоренных протонов.

Написать данную реакцию:

Это была первая реакция на быстрых протонах.

Эта реакция идет с выделением огромной энергии 17,6 МэВ. Так как при этой реакции энергия выделяется, такая реакция называется экзотермическая. Выделяющаяся при ядерных реакциях энергия может быть очень огромной. Но использовать её путем осуществления столкновений ускоренных частиц (или ядер) с неподвижными ядрами мишенями, практически нельзя. Ведь большая часть ускоренных частиц пролетает мимо ядер мишеней, не вызывая реакции.

1934 год, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, получили искусственные радиоактивные ядра фосфора, путем бомбардировки   α - частицами.

Написать реакцию:

Это был впервые полученный радиоактивный фосфор.

В последствии было получено свыше 1000 радиоактивных изотопов. Где они применяются мы поговорим на следующих уроках.

Открытие нейтронов было поворотным пунктом в исследовании ядерных реакций, так как нейтроны лишены заряда и они беспрепятственно проникают в атомные ядра и вызывают их изменения.

Итальянский физик Энрико Ферми первым начал изучать реакции, вызываемые нейтронами. Он обнаружил, что ядерные превращения вызываются не только быстрыми нейтронами, но и медленными нейтронами. Причем медленные нейтроны оказываются в большинстве случаев даже гораздо более эффективными.

Как уже было сказано, что каждая реакция протекает с выделением или поглощением энергии. Если для реакции необходимо потребление энергии из вне, то она называется эндотермическая, т.е. идет с поглощением энергия. Такая энергия считается отрицательной.

Введем важное понятие: энергетический выход ядерной реакции

Энергетическим выходом ядерной реакции называется разность энергий покоя ядер и частиц до и после реакции.

В этой формуле m₁ и m₂ – массы частиц до реакции;

m₃ и m₄ – массы частиц после реакции.

Данная энергия выражается в Джоулях, но нам предстоит ее выражать в МэВ. Для этого наша формула будет выглядеть следующим образом:

где ∆m – разность масс, в а.е.м. (ЭТО НЕ ДЕФЕКТ МАССЫ).

А теперь давайте рассчитаем энергетический выход реакции Уолтона и Кокрофта.

На самом деле эта реакция проходит с выделением энергии 17,6 МэВ, у нас значение данной энергии получилось меньше, так как мы не учитывали кинетическую энергию протона, так как он был разогнан на ускорителе.

Первичное закрепление

4. Домашнее задание