Хід уроку. Тема: Ядерні реакції. Ядерний реактор

Урок № 9

Тема: Ядерні реакції. Ядерний реактор.

Мета: 1) познайомити учнів із можливістю перетворення ядер хімічних елементів; навчити їх обчислювати енергетичний вихід ядерних реакцій; познайомити учнів із одержанням і застосуванням радіоактивних ізотопів у різних галузях науки й техніки; познайомити учнів із біологічною дією радіоактивного випромінювання та способами захисту організму від випромінювання; познайомити учнів із новим видом ядерної реакції, яка дозволяє добути велику кількість ядерної енергії; пояснити будову й принцип дії ядерного реактора.

2) формувати навички систематизації та узагальнення;

3) розвивати світогляд курсантів.

Обладнання: плакат.

І.Актуалізація опорних знань: (5хв)

Самостійна робота «Дефект мас. Енергія зв'язку».

ІІ. Мотивація навчальної діяльності: (5хв)

Перегляд підібраних слайдів з вищезазначеної тематики, на яких відображені ті явища, які будемо пояснювати при вивченні нового матеріалу.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу: (50хв)

1. Ядерні реакції. Ядерними реакціями називаються штучні перетворення атомних ядер, викликані їхніми взаємодіями з різними частинками або одне з одним.

Ядро являє собою щільне утворення, і коли в нього влучає частинка, то вона не взаємодіє з якимось одним нуклоном. Проникаючи в ядро, частинка «застряє» у ньому, причому її енергія передається не одному, а багатьом нуклонам.

Захоплення ядром частинки, яка влучила в нього, приводить до утворення проміжного, так званого складеного ядра. У цьому полягає перший етап ядерної реакції.

Другий етап ядерної реакції — перетворення складеного ядра — відбувається незалежно від захоплення падаючої частинки. Обидва етапи зображені схемою: , де — вихідне ядро-мішень; а — частинка, що налітає; —складене ядро; —ядро, якеє продуктом ядерної реакції; b — частинка, що вилітає з ядра в результаті реакції.

Приклад ядерної реакції: . Можливий перебіг реакції в один етап.

Під час ядерних реакцій обов'язково виконуються різні закони збереження (наприклад, закон збереження енергії, імпульсу, заряду, маси тощо). Усі ядерні реакції можна класифікувати так:

• за видом взаємодії:

а) під дією заряджених частинок;

б) під дією нейтронів;

• за енергетичним виходом:

а) з виділенням енергії;

б) з поглинанням енергії;

• за видом реакції з величезним виділенням енергії:

а) реакція поділу важких ядер;

б) синтез легких ядер (термоядерні реакції).

2. Енергетичний вихід ядерних реакцій. Енергетичним виходом ядерної реакції називається різниця енергії спокою частинок до реакції та після реакції.

Енергетичний вихід ядерних реакцій можна визначити двома способами:

1)за дефектом мас ядерної реакції;

2)за різницею сумарної енергії зв'язку ядер, що утворюються, й вихідних ядер.

Енергія ядерної реакції:

Q = 931,5(Σ М_і - Σ М_k) МеВ,

де Σ М_і —сума мас частинок, які вступають у ядерну реакцію; Σ М_к — сума мас частинок, які утворюються, в а. о. м.

Якщо Q > 0 — реакція називається екзоенергетичною, тому що проходить із виділенням енергії..

Якщо Q<0 — реакція називається ендоенергетичною, і для Ті збудження необхідно витратити енергію (наприклад, прискорити частинки, тобто надати їм достатньої кінетичної енергії).

3. Ізотопи. Маси атомів хімічно чистих елементів, як правило, виражаються в атомних одиницях маси числами, не дуже близькими до цілих. Наприклад, атомна маса Бору — 10,82; Неону — 20,183; Магнію — 24,32; Хлору — 35,457 і т. д. Як пояснити подібний факт? Відповісти на це запитання змогли лише у 1911 році, коли Содді висловив припущення про можливості існування елементів з однаковими хімічними властивостями, але таких, що розрізняються іншими характеристиками, наприклад своєю радіоактивністю. Содді назвав їх ізотопами (від грец. isos — однаковий, topos — місце).

Припущення Содді дістало блискуче підтвердження рік потому, коли Дж. Томсон почав точні вимірювання маси іонів Неону методом відхилення їх в електричних і магнітних полях.

Ізотопи — атоми одного й того самого хімічного елемента, які мають однакову кількість протонів у ядрі та різну кількість нейтронів.

1. Особливо примітні ізотопи Гідрогену, оскільки вони відрізняються один від одного за масою у два чи три рази. Гідроген має три ізотопи: H —протій (у ядрі тільки один протон), H —дейтерій (у ядрі — протон і нейтрон), H — тритій (у ядрі — протон і два нейтрони).

4.Одержання радіоактивних ізотопів. За допомогою ядерних реакцій можна дістати радіоактивні ізотопи всіх хімічних елементів, які зустрічаються в природі тільки в стійкому стані. Наприклад, ядро атома Іоду поглинає нейтрон, унаслідок чого утворюється ядро бета-радіоактивного ізотопу Іоду з періодом піврозпаду 24,98 хв: .

У результаті радіоактивного розпаду Іоду утворюється стабільний ізотоп Ксенону з масовим числом 128.

За допомогою ядерних реакцій отримані також трансуранові елементи, тобто елементи з порядковим номером, що перевищує порядковий номер Урану (Z = 92).

Нині виробництвом радіоактивних ізотопів займається велика галузь промисловості.

5.Мічені атоми. Метод мічених атомів ґрунтується на тому, що хімічні властивості радіоактивних ізотопів не відрізняються від властивостей нерадіоактивних ізотопів тих самих елементів. Радіоактивність є своєрідною позначкою, за допомогою якої можна простежити за поведінкою елемента під час різних хімічних реакцій і фізичних перетворень речовин.

Метод мічених атомів застосовується:

• у медицині (дослідження обміну речовин, установлення діагнозу, для терапевтичних цілей, лікування ракових захворювань);

• у промисловості (контроль зносу деталей, дифузія в металах, дослідження внутрішньої структури, виявлення дефектів);

• у сільському господарстві, біології (опромінення γ -променями насіння, боротьба зі. шкідливими комахами, консервація харчових продуктів, радіоселекція);

• в археології (визначення віку Землі, стародавніх предметів).

6. Вплив радіоактивного випромінювання на речовину. Радіоактивне випромінювання містить у собі гама- та рентгенівське випромінювання, електрони, протони, α -частинки, іони важких елементів. Його називають також іонізуючим випромінюванням, оскільки, проходячи крізь живу тканину, воно викликає іонізацію атомів.

Навіть слабке випромінювання радіоактивних речовин дуже сильно впливає на всі живі організми, порушуючи життєдіяльність клітин. За великої інтенсивності випромінювання живі організми гинуть. Небезпека випромінювання збільшується тим, що воно не викликає ніяких болючих відчуттів навіть у разі отримання смертельних доз.

Механізм уражаючої біологічні об'єкти дії ще недостатньо вивчений. Але зрозуміло, що вона зводиться до іонізації атомів і молекул, і це призводить до зміни їхньої хімічної активності. Найбільш чутливими, до випромінювань є ядра клітин, особливо клітин, які швидко діляться. Тому в першу чергу випромінювання вражає кістковий мозок, у результаті чого порушується процес утворення крові. Далі настає ураження клітин травного тракту й інших органів.

7.Доза випромінювання. Характер впливу іонізуючого випромінювання залежить від дози поглиненого випромінювання та його виду.

Доза поглиненого випромінювання — відношення енергії випромінювання, поглиненої тілом, яке опромінюється, до його маси:

.

У СІ дозу поглиненого випромінювання виражають у греях (Гр):

.

1 Гр дорівнює дозі поглиненого випромінювання, за якої опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання 1 Дж.

Природний фон радіації (космічні промені, радіоактивність навколишнього середовища та людського тіла) становить на рік дозу випромінювання близько 2· 10^-3 Гр на людину. Міжнародна комісія з радіаційного¹ захисту встановила для осіб, котрі працюють із випромінюванням, гранично припустиму на рік дозу, яка дорівнює 0,05 Гр. Доза випромінювання в 3—10 Гр, отримана за короткий час, є смертельною.

На практиці широко використовується позасистемна одиниця дози випромінювання — рентген 1 Р; 1 Гр відповідає приблизно 100 Р.

8.Коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання. За однієї й тієї самої дози поглиненого випромінювання різні види випромінювання викликають неоднаковий біологічний ефект. Біологічні ефекти, що викликаються будь-яким іонізуючим випромінюванням, прийнято оцінювати у порівнянні з ефектом від рентгенівського та гамма-випромінювання. Наприклад, за однієї і тієї самої поглиненої дози біологічний ефект від дії α -випромінювання буде в 20 разів більший, ніж від γ -випромінювання. Від дії швидких нейтронів ефект може бути в 10 разів більший, ніж від γ -випромінювання; від дії (β -випромінювання — такий самий, як і від γ -випромінювання.

У зв'язку з цим відмінність біологічної дії різних видів випромінювання прийнято характеризувати коефіцієнтом якості К. Прийнято, що коефіцієнт якості рентгенівського та гамма-випромінювання дорівнює одиниці. Коефіцієнт якості а-випромінювання дорівнює 20, швидких нейтронів — 10.

Коефіцієнт якості К показує, у скільки разів радіаційна небезпека від впливу на живий організм даного виду випромінювання є більшою, ніж від впливу γ -випромінювання (за однакових доз поглинання).

Дата добавления: 2014-01-04