Урок "Ядерні реакції."

Тема: Ядерні реакції.

Мета: Вивчити поняття ядерної реакції, розглянути практичне застосування. Навчитись розв’язувати задачі, виховувати уважність, спостережливість, допитливість; розвивати єдину картину розвитку науки та історію.

Обладнання: збірник задач, мультимедія: презентація, відео-, аудіокліпи.

 Методи: бесіда, фронтальне опитування, розв’язування  задач.

Хід заняття:

1. Організаційний момент

2.  Опитування:

Питання до теми: «Ядро. Радіоактивність. Радіаційне випромінювання.»

-  що таке ядро? З чого воно складається?

- де записані всі ядра?

- які числа використовуються для характеристики ядер у таблиці Менделєєва?

-  які види  нуклонів?

- як визначити кількість протонів? нейтронів?

- які ще заряджені частинки ми знаємо?

-  як взаємодіють  заряджені частинки?

- що означають приставки к,  М,  Г?

- які сили називають ядерними?

- характеристики ядерних сил?

- визначення  ∆E_зв.

        - хто записав формулу для визначення енергії зв’язку?

3. Вивчення нового матеріалу: Переходимо до вивчення нової теми: «Ядерні реакції.»(використовуємо презентацію, анімацію, аудіо файл).

      Ядерні реакції - це перетворення атомних ядер внаслідок їх взаємодії з елементарними частками або між собою. Ядерні реакції відбуваються переважно при бомбардуванні ядер якоїсь речовини потоком прискорення частинок.

Символічні  ядерні реакції записують у вигляді:

А+ а →В + в , або А(а,в) В, де

 А- початкове ядро;

    а- частинка,яка викликає ядерну реакцію;

    В-нове ядро;

    в- частинка, що виникає при реакції.

     При ядерній реакції справджується закон збереження імпульсу,моменту імпульсу, енергії, електричного заряду, кількості нуклонів.

      Але ядерна реакція в залежності від енергії  частинки а може проходити і так

Всього відомо науці 10000 реакцій. У зв’язку з цим виникає необхідність класифікації ядерної реакції. Розглянемо різні види класифікацій в залежності від різних ознак.

I. За значенням енергії частинок, що викликають реакції:

а)  при малих енергіях Е ≤ 1кеВ),

б)  низьких  1кеВ  ≤ Е ≤ 1МеВ

в)  середніх 1МеВ  ≤ Е ≤ 100МеВ

г) значних  100МеВ  ≤ Е ≤ 1 ГеВ

д)  високих 1ГеВ  ≤  Е ≤ 500ГеВ

є)  надвисоких Е ˃ 500ГеВ .

Розглянемо приклад (слайд).

Для закріплення розв’яжемо завдання: Записати рівняння ядерної реакцій:

+ =

Відповідь:

+ =

       II. Залежно від природи часток, які беруть участь у ядерних реакція:

               а) під дією нейтронів. Вони найчисленніші і мають велике практичне застосування. Причина цього полягає в тому, що нейтрон з будь-якою енергією вільно проникає в усі ядра атомів. Ряд наймасивніших ядер  (U, U, Pu)  зазнає поділу при захопленні повільних нейтронів. Ці ядерні реакції лежать в основі роботи ядерних реакторів на повільних нейтронах. Ядра U  Th та інші важкі ядра зазнають поділу тільки під дією швидких нейтронів.  На таких реакціях грунтується робота реакторів на швидких нейтронах.

             б) заряджених частинок.  При наявності великої власної енергії  зарядні частинки можуть підійти близько до ядра  і викликати ядерну реакцію. Якщо  енергія мала, то ядро почне відштовхувати  зарядні частки (d –частки, протони)

              в) фотонів: γ –квантів. Такі реакції можуть відбуватись, коли енергія γ - квантів більша за енергію зв'язку нуклона в ядрі. Вони називаються фотоядерними реакціями. Ядро може "вибухнути", роздробившись на велику кількість осколків, що нагадує  зірку. Тому такий процес називають утворенням "зірок".

      III . За масовим числом:

а) на легких ядрах (А<50)

б) на середніх ядрах ( 50 < А < 100)

в) на масивних ядрах ( А< 100)

      IV. В залежності від проходження ядерної реакції енергія:

а) поглинається, Q < 0 то реакція називається ендотермічною;

б) виділяється, Q ˃ 0 то реакція називається екзотермічною.

Розглянемо приклад із збірника №17Д6. Визначити енергетичний вихід ядерної реакції Li +H Be+ n.

Дано:                        Розв'язок:

m₁ = 7,01601 аом                Li +H Be+ n

m₂ = 2,01410 аом ∆E = ∆mc²,   c² = 931

m₃ = 8,00531 аом ∆m = (m₁+ m₂) - (m₃+ m₄) = (7,01601+2,0141)               -

m₄ = 1,00866 аом        - (8,00531+1,00866) = 0,01614 а.о.м.

∆E-? ∆E = 0,01614 ∙ 931 = 15МеВ.

Відповідь: 15МеВ.

Пропоную самостійно розв’язати задачу із збірника №17Д7. Яким є енергетичний вихід ядерної реакції  + = +

      V. В залежності від участі людини:

            а) некеровані – людина не може вплинути на процес проходження реакції.

     Поділ важкого ядра являє собою процес його перетворення в два або кілька ядер. Вимушений поділ відбувається під дією нейтронів, тому і являє собою ядерну реакцію.

      Початок вивчення був покладений у 1934р Фермі. (відеофрагмент).

      Розглянемо поділ масивних ядер при бомбардуванні їх нейтронами. Після проникнення нейтрона в ядро утворюється складене ядро. Його енергія збільшиться на суму енергії зв’язку і кінетичної енергії нейтрона. При захопленні ядром нейтрона воно приходить у збуджений стані відбувається відхилення його форми від сферичної ( деформується і набирає форми еліпсоїда обертання → набуває форми гантелі → розпадається на два осколки) (слайд).

      Отже, під час поділу ядер урану при захопленні ними нейтронів виділяється значна енергія (~200МеВ) і виникають 2-3 нейтрони, які здатні за певних умов викликати поділ наступних ядер урану.

      Ядерні реакції поділу важких ядер нейтронами, в результаті яких число нейтронів зростає і стає можливим само підтримуючий процес поділу, називається ланцюговою ядерною реакцією. Характеризується   коефіцієнтом розмноження К-число,що визначає відношення кількості нейтронів одного покоління до кількості нейтронів попереднього покоління. В залежності від значення коефіцієнта розмноження, реакція може бути:

К < 1 – реакція згасає;

    К = 1 – керована;

    К ˃ 1 – вибуховий характер.

      Енергію можна діставати не тільки при поділі важких ядер,але й синтезом ядер з масовим числом А ≤ 50 із легких ядер. Такі реакції називаються реакціями термоядерного синтезу. Згідно з сучасними уявленнями термоядерні реакції є джерелом енергії Сонця і зірок. В земних умовах здійснюється поки що у вигляді вибуху водневої бомби.

              б) керовані – відбуваються за допомогою впливу людини в атомних реакторах, які досить складні, як в технічному, так і в технологічному відношенні установки.

Будова ядерного реактора:

• Ядерне паливо ( U²³⁵, U²³⁸, PU²³⁹,  Th²³²), яке міститься у активній зоні у вигляді вертикальних стрижнів. Мінімальні розміри активної зони, при яких К ≥ 1, називають критичними розмірами. Мінімальна маса речовин, що ділиться в активній зоні критичними розмірів, називають  критичною масою.
• Сповільнювачі і відбивач. Активна зона оточена шаром речовини, яка не захоплює нейтрони, а повертає їх в активну зону – відбивач. Керування реактором здійснюється за допомогою стрижнів. Які містять кадмій чи бор. Вводячи стрижні в середину активної зони, можна у будь-який момент часу призупинити розвиток ланцюгової ядерної реакції – сповільнювачі.
• Теплоносій –вода, рідкий натрій.
• Захисна оболонка з бетону.

Всі процеси в ядерному реакторі автоматизовані .

Застосування : ядерні реактори - складова частина АЕС. За допомогою анімації давайте розглянемо принцип роботи атомної електростанції.

4. Підведемо підсумки вивчення нового матеріалу. Дайте відповіді на питання:

- який процес називаємо ядерною реакцією?

- які закони фізики виконуються при проходженні ядерної реакції?

- за якими ознаками класифікують ядерні реакції?

- які типи реакції існують?

- яку реакцію використовують люди?

- де саме?

5. На кінець уроку пропоную прослухати та подивитися відомий відеоролик групи «Ромштайм» на тему Чорнобильської трагедії. На мій погляд музика та відеоряд чітко встановлюють масштаби катастрофі та дають сильний емоційний заряд (відеоролик).

6. Домашнє завдання: вивчити теоретичний матеріал, підготувати уривок з будь-якого фільму про Чорнобиль, який на вас склав сильне враження, задача №17Д8.