Tuumareaktsioonid (ülesanded). Tuumareaktsioonid (ülesanded) Järgnev tuumareaktsioon toimus 7 8 li

1. Loetlege mitu tuumareaktsiooni, mille käigus võib tekkida 8 Be isotoop.

2. Kui suur on minimaalne kineetiline energia laborisüsteemis T min, mis peab neutronil olema, et reaktsioon 16 O (n, α) 13 C saaks võimalikuks?

3. Kas 6 Li (d, α) 4 He reaktsioon on endotermiline või eksotermiline? Tuumade spetsiifilised sidumisenergiad MeV-s on antud: ε (d) = 1,11; e () = 7,08; ε (6 Li) = 5,33.

4. Määrake T-pooride künnised fjaoks 12 C juures.

1. γ + 12 С → 11 С + n
2. γ + 12 C → 11 B + p
3. γ + 14 С → 12 С + n + n

5. Määrake reaktsioonide künnised: 7 Li (p, α) 4 He ja 7 Li (p, γ) 8 Be.

6. Määrake, milline on minimaalne energia, mis prootonil peab olema, et reaktsioon p + d → p + p + n saaks võimalikuks. Antakse üleliigsed massid. Δ (1 H) = 7,289 MeV, Δ (2 H) = 13,136 MeV,
Δ (n) = 8,071 MeV.

7. Kas reaktsioonid on võimalikud:

1. α + 7 Li → 10 B + n;
2. α + 12 C → 14 N + d

kineetilise energiaga T = 10 MeV α-osakeste toimel?

8. Tuvastage osake X ja arvutage reaktsioonienergiad Q järgmistel juhtudel:

1,35 Cl + X → 32 S + a;	4,23 Na + p → 20 Ne + X;
2. 10 B + X → 7 Li + α;	5,23 Na + d → 24 Mg + X;
3. 7 Li + X → 7 Be + n;	6,23 Na + d → 24 Na + X.

9. Kui suur on deuteroni minimaalne energia T min, et ergutada 10 B tuumal mitteelastse hajumise tulemusena olekut energiaga E exc = 1,75 MeV?

10. Arvutage reaktsioonilävi: 14 N + α → 17 O + p kahel juhul, kui langev osake on:
1) α-osake,
2) tuum 14 N. Reaktsiooni energia on Q = 1,18 MeV. Selgitage tulemust.

1. d (p, y) 3 He;	5. 32S (y, p) 31P;
2. d (d, 3 He) n;	6. 32 (y, n) 31S;
3. 7 Li (p, n) 7 Be;	7. 32S (γ, α)28Si;
4. 3 He (α, γ) 7 Be;	8. 4 He (α, p) 7 Li;

12. Millised tuumad võivad tekkida reaktsioonide tulemusena: 1) 10 MeV prootonid 7 Li sihtmärgil; 2) 7 Li tuuma energiaga 10 MeV vesiniku sihtmärgil?

13. 7 LI tuum püüab kinni aeglase neutroni ja kiirgab γ-kvanti. Mis on γ-kvanti energia?

14. Määrake laborisüsteemis reaktsioonis neutronite energia läviväärtusel tekkinud 9 Be tuuma kineetiline energia 12 C (n, α) 9 Be.

15. Loodusliku boori sihtmärgi kiiritamisel täheldati radioaktiivsete isotoopide ilmumist poolestusajaga 20,4 min ja 0,024 s. Millised isotoobid tekkisid? Millised reaktsioonid viisid nende isotoopide tekkeni?

16. Looduslikku boori sihtmärki pommitatakse prootonitega. Pärast kiiritamise lõppu registreeris osakeste detektor aktiivsuseks 100 Bq. 40 minuti pärast vähenes proovi aktiivsus ~ 25 Bq-ni. Mis on tegevuse allikas? Milline tuumareaktsioon toimub?

17. α-osake kineetilise energiaga T = 10 MeV läbib elastse laupkokkupõrke tuumaga 12 C. Määrake kineetiline energia hj. tuum 12 C T C pärast kokkupõrget.

18. Määrake reaktsioonis tekkinud 7 Be tuuma maksimaalne ja minimaalne energia
7 Li (p, n) 7 Be (Q = -1,65 MeV) kiirendatud prootonite toimel energiaga T p = 5 MeV.

19. - Osakesed, mis eralduvad nurga θ neel = 30 0 all ebaelastse hajumise reaktsiooni tulemusena 12 C tuuma oleku ergastamisel energiaga E exc = 4,44 MeV, omavad sama energiat hj kui need, mis on elastselt hajutatud. sama tuuma α- osakesed nurga all θ kontroll = 45 0. Määrake sihtmärgile langevate α-osakeste energia.

20. α-osakesed energiaga T = 5 MeV interakteeruvad statsionaarse 7 Li tuumaga. Määrake neutroni p α ja tuuma 10 B p Be reaktsiooni 7 Li (α, n) 10 B tulemusena tekkinud SCI-s impulsside suurus.

21. Kasutades reaktsiooni 32S (α, p) 35Cl, uuritakse 35Cl (1,219; 1,763; 2,646; 2,694; 3,003; 3,163 MeV) madalat ergastatud olekuid. Milline neist olekutest ergastub 5,0 MeV α-osakeste kiires? Määrake selles reaktsioonis nurkade 0 0 ja 90 0 juures täheldatud prootonite energiad E = 5,0 MeV juures.

22. Kasutades impulssdiagrammi, saate nurkade vahelise seose hj. ja s.ts.i.

23. Prooton kineetilise energiaga Ta = 5 MeV tabab 1H tuuma ja on selle poolt elastselt hajutatud. Määrake tagasilöögi tuuma energia T B ja hajumisnurk θ B 1 N, kui prootoni hajumise nurk θ b = 30 0.

24. Reaktsiooni t (d, n) α kasutatakse laialdaselt neutronite saamiseks. Määrake neutronite generaatoris 90 0 nurga all kiirgavate neutronite energia T n, kasutades deuteroneid, mis on kiirendatud energiani T d = 0,2 MeV.

25. Neutronite saamiseks kasutatakse reaktsiooni 7 Li (p, n) 7 Be. Prootoni energia on T p = 5 MeV. Katse jaoks on vaja neutroneid energiaga T n = 1,75 MeV. Millise nurga all θ n prootonkiire suuna suhtes kiirguvad sellise energiaga neutronid? Kui suur on neutronite energiate ΔT levik, kui need eraldatakse 1 cm kollimaatoriga, mis asub sihtmärgist 10 cm kaugusel.

26. Määrata reaktsioonis 27 Al (, t) 28 Si tekkinud triitiumi orbitaalmoment l t, kui langeva α-osakese orbiidi nurkimpulss on l α = 0.

27. Millise prootoni suhtelise orbiidi nurkmomendi korral on võimalik tuumareaktsioon p + 7 Li → 8 Be * → α + α?

28. Millise orbiidi nurkmomendiga l p võivad prootonid reaktsioonis 12 C (, p) 11 B välja lennata, kui: 1) lõplik tuum moodustub põhiolekus ja E2-footon neeldub; 2) lõplik tuum moodustub 1/2 + olekus ja М1-footon neeldub; 3) lõplik tuum moodustub põhiolekus ja E1-footon neeldub?

29. Kvanti tuumas neeldumise tulemusena kiirgub neutron, mille orbiidi nurkimpulss on l n = 2. Määrake kvanti multipolaarsus, kui lõplik tuum tekib põhiolekus.

30. 12 C tuum neelab γ-kvanti, mille tulemusena prooton orbiidi nurkimpulssiga l = 1. Määrake neeldunud γ-kvandi multipolaarsus, kui lõpptuum moodustub põhiseisundis?

31. Määrake deuteroni orbitaalmoment l d korjamisreaktsioonis 15 N (n, d) 14 C, kui neutroni orbiidi nurkimpulss on l n = 0.

33. 40 Ca tuum neelab E1 γ-kvanti. Millised üheosakeste üleminekud on võimalikud?

34. 12 C tuum neelab Е1 γ-kvanti. Millised üheosakeste üleminekud on võimalikud?

35. Kas deuteroonide mitteelastse hajumise reaktsioonis 10 V tuumal on võimalik ergutada olekut tunnustega J P = 2 +, I = 1?

36. Arvutage 3 MeV energiaga -osakese hajumise ristlõige 238 U tuuma Coulombi väljas nurkade vahemikus 150 0 kuni 170 0.

37. Kuldplaati paksusega d = 0,1 mm kiiritatakse α-osakeste kiirega intensiivsusega N 0 = 10 3 osakest / s. -osakeste kineetiline energia on T = 5 MeV. Mitu α-osakest ruuminurga ühiku kohta langeb sekundis = 170 0 nurga all asuvale detektorile? Kulla tihedus on ρ = 19,3 g / cm 3.

38. Kollimeeritud α-osakeste kiir, mille energia on T = 10 MeV, langeb risti vaskfooliumile paksusega δ = 1 mg / cm 2. = 30 nurga all hajutatud osakesed registreeritakse detektoriga, mille pindala on S = 1 cm 2, mis asub sihtmärgist l = 20 cm kaugusel. Millise osa hajutatud alfaosakeste koguarvust salvestab detektor?

39. Reaktsiooni 27 Al (p, d) 26 Al uurimisel prootonite toimel energiaga T p = 62 MeV deuteroonide spektris mõõdetuna ruuminurgaga detektori abil nurga θ d = 90 all.
dΩ = 2 · 10 -4 sr, täheldati piike energiatega T d = 45,3; 44,32; 40,91 MeV. Prootonite kogulaengu q = 2,19 mC korral, mis langes sihtmärgile paksusega δ = 5 mg/cm2, oli nende piikide N loenduste arv vastavalt 5180, 1100 ja 4570. Määrake 26Al tuuma tasemete energiad, mille ergastumist selles reaktsioonis täheldati. Arvutage nende protsesside diferentsiaalristlõiked dσ / dΩ.

40. 32S (γ, p)31P reaktsiooni integraalne ristlõige koos lõpliku 31P tuuma moodustumisega põhiolekus langeva γ-kiirguse energiaga 18 MeV on 4 mb. Hinnake 31 P (p, γ) 32 S pöördreaktsiooni integraalset ristlõiget, mis vastab 32 S tuuma samale ergastusenergiale kui reaktsioonis 32 S (γ, p) 31 P. Arvestage, et see ergastus on eemaldatud γ ülemineku tõttu põhiolekusse.

41. Arvutage neutronkiire J intensiivsus, millega kiiritati 55 Mn plaati paksusega d = 0,1 cm, kui t act = 15 min, kui pärast t jahutamist = 150 min pärast kiiritamise lõppu oli selle aktiivsus I 2100 Bq. 56 Mn poolestusaeg on 2,58 h, aktiveerimise ristlõige on σ = 0,48 b ja plaadimaterjali tihedus on ρ = 7,42 g / cm 3.

42. Reaktsiooni dσ / dΩ diferentsiaalne ristlõige 90 0 nurga all on 10 mb / sr. Arvutage integraallõigu väärtus, kui diferentsiaallõigu nurksõltuvus on kujul 1 + 2sinθ.

43. Aeglaste (T n 1 keV) neutronite hajumine tuuma poolt on isotroopne. Kuidas seda fakti seletada?

44. Määrake 10 V pingega liikumatu tuuma poolt energiaga T = 7 MeV α-osakese püüdmisel tekkinud liittuuma ergastusenergia.

45. Reaktsiooni 27 Al (α, p) 30 Si ristlõikes täheldatakse maksimume α-osakeste energiate juures T 3,95; 4,84 ja 6,57 MeV. Määrata ristlõikes maksimumidele vastavad liittuuma ergastusenergiad.

46. Millise orbiidi nurkimpulssiga saab 112 Sn tuumale hajutada prootoneid Т р = 2 MeV?

47. Hinnake ristlõiget liittuuma tekkeks kineetilise energiaga T n = 1 eV neutronite vastasmõjul 197 Au kullatuumaga.

48. Hinnake liittuuma tekke ristlõiget neutronite vastasmõjul kineetilise energiaga T n = 30 MeV 197 Au kullatuumaga.

Teooria: Tuumareaktsioonides on täidetud massi ja laengu jäävuse seadused.
Kogumass enne reaktsiooni on võrdne kogumassiga pärast reaktsiooni, kogulaeng enne reaktsiooni on võrdne kogulaenguga pärast reaktsiooni.
Näiteks:
Isotoobid on teatud keemilise elemendi sordid, mis erinevad aatomituumade massi poolest. need. massinumbrid on erinevad, kuid laengunumbrid on samad.

Joonisel on kujutatud uraan-238 muundumise ahel plii-206-ks. Kasutades joonisel olevaid andmeid, valige pakutud väidete loendist kaks õiget. Märkige nende arv.

1) Uraan-238 muutumise ahelas stabiilseks plii-206 vabaneb kuus heeliumi tuuma.
2) Poloonium-214 poolestusaeg on esitatud radioaktiivsete muundumiste ahelas väikseim.
3) Plii aatommassiga 206 läbib spontaanse alfa lagunemise.
4) Uraan-234 on erinevalt uraan-238-st stabiilne element.
5) Vismut-210 spontaanse muutumisega poloonium-210-ks kaasneb elektroni emissioon.
Lahendus: 1) Uraan-238 muutumise ahelas stabiilseks plii-206-ks ei eraldu mitte kuus, vaid kaheksa heeliumi tuuma.
2) Poloonium-214 poolestusaeg on esitatud radioaktiivsete muundumiste ahelas väikseim. diagramm näitab, et poloonium-214 jaoks on aega kõige vähem
3) Plii aatommassiga 206 ei läbi iseeneslikku alfalagunemist, on stabiilne.
4) Uraan-234, erinevalt uraan-238-st, ei ole stabiilne element.
5) Vismut-210 spontaanse muutumisega poloonium-210-ks kaasneb elektroni emissioon. Kuna beetaosake on vabastatud.
Vastus: 25
OGE ülesanne füüsikas (fipi): Milline osake X vabanes reaktsiooni tulemusena?

Lahendus: mass enne reaktsiooni on 14 + 4 = 18 amu, laeng on 7e + 2e = 9e, nii et massi ja laengu jäävuse seadus oleks täidetud, peab osakesel X olema 18 - 17 = 1 amu. ja 9e - 8e = 1e, seega on osake X prooton.
Vastus: 4
OGE ülesanne füüsikas (fipi): Tooriumi tuum muutus raadiumi tuumaks. Millist osakest kiirgas tooriumituum?


3) α-osake
4) β-osake
Lahendus: Mass on muutunud 4 võrra ja laeng 2 võrra, seega on tooriumituum emiteerinud α-osakest.
Vastus: 3
OGE ülesanne füüsikas (fipi):

1) alfaosake
2) elektron

Lahendus: Massi ja laengu jäävuse seadust kasutades näeme, et elemendi mass on 4 ja laeng on 2, seega on tegemist alfaosakesega.
Vastus: 1
OGE ülesanne füüsikas (fipi):

1) alfaosake
2) elektron

Lahendus: Massi ja laengu jäävuse seadust kasutades näeme, et elemendi mass on 1 ja laeng 0, seega on tegemist neutroniga.
Vastus: 4
OGE ülesanne füüsikas (fipi):

3) elektron
4) alfaosake
Lahendus: Gammaosakesel ei ole massi ega laengut, seetõttu on tundmatu osakese mass ja laeng võrdne 1-ga, tundmatu osake on prooton.
Vastus: 1
Kui neutron hõivab tuuma, moodustub radioaktiivne isotoop. See tuumatransformatsioon kiirgab

4) elektron
Lahendus: Paneme kirja püüdmisreaktsiooni
+ -> + ? .
Massi ja laengu jäävuse seadust kasutades näeme, et tundmatu elemendi mass on 4 ja laeng on 2, seega on tegemist alfaosakesega.

Sektsioonid: Füüsika

Klass: 11

Tunni eesmärgid: tutvustada õpilasi tuumareaktsioonidega, aatomituumade muutumise protsessidega, mikroosakeste mõjul osade tuumade muundumisega teisteks. Rõhutage, et tegemist ei ole mingil juhul elementide aatomite omavaheliste ühendamise ja eraldamise keemiliste reaktsioonidega, mis mõjutavad ainult elektronkihte, vaid tuumade kui nukleonide süsteemide ümberpaigutamine, osade keemiliste elementide muundumine teisteks.

Tunniga kaasneb 21 slaidist koosnev esitlus (Lisa).

Tundide ajal

Kordamine

1. Mis on aatomituumade koostis?

TUUM (aatomi)- see on aatomi positiivselt laetud keskosa, kuhu on koondunud 99,96% selle massist. Tuuma raadius on ~ 10–15 m, mis on ligikaudu sada tuhat korda väiksem kui kogu aatomi raadius, mis on määratud selle elektronkihi suuruse järgi.

Aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest. Nende koguarv tuumas on tähistatud tähega A ja seda nimetatakse massinumbriks. Prootonite arv tuumas Z määrab tuuma elektrilaengu ja langeb kokku D.I perioodilise elementide süsteemi elemendi aatomnumbriga. Mendelejev. Neutronite arvu tuumas saab määratleda kui erinevust tuuma massiarvu ja selles olevate prootonite arvu vahel. Massiarv on nukleonite arv tuumas.

2. Kuidas seletada aatomituumade stabiilsust?

TUUMAJÕUD See on aatomituuma nukleonide vastasmõju mõõt. Just need jõud hoiavad sarnase laenguga prootoneid tuumas, takistades nende hajumist elektriliste tõukejõudude mõjul.

3. Nimeta tuumajõudude omadused.

Tuumajõududel on mitmeid spetsiifilisi omadusi:

4. Mis on tuuma sidumisenergia?

Aatomituuma SIDUV ENERGIA Kas minimaalne energia, mis on vajalik tuuma täielikuks jagunemiseks üksikuteks nukleoniteks. Nukleonide (prootonite ja neutronite) masside summa ja neist koosneva tuuma massi erinevus, mis on korrutatud valguse kiiruse ruuduga vaakumis, on nukleonide sidumisenergia tuumas. Sidumisenergiat nukleoni kohta nimetatakse spetsiifiliseks sidumisenergiaks.

5. Miks ei ole tuuma mass võrdne sellesse sisenevate prootonite ja neutronite masside summaga?

Nukleonitest tuuma moodustumisel tuuma energia väheneb, millega kaasneb massi vähenemine, st tuuma mass peab olema väiksem kui selle tuuma moodustavate üksikute nukleonide masside summa.

6. Mis on radioaktiivsus?

Uue materjali õppimine.

TUUMAREAKTSIOON Kas aatomituuma interaktsiooni protsess teise tuuma või elementaarosakesega, millega kaasneb A (a, b) B või A + a → B + b koostise ja struktuuri muutumine.

Mis on ühine ja mis vahe on tuumareaktsioonil ja radioaktiivsel lagunemisel?

Ühine omadus tuumareaktsioon ja radioaktiivne lagunemine on ühe aatomituuma muundumine teiseks.

Aga radioaktiivne lagunemine edasi minema spontaanselt, ilma välismõjuta ja tuumareaktsioon helistas mõju pommitav osake.

Tuumareaktsioonide tüübid:

• liittuuma moodustumise etapi kaudu;
• otsene tuumareaktsioon (energia üle 10 MeV);
• erinevate osakeste mõjul: prootonid, neutronid, ...;
• tuumade liitmine;
• tuumade lõhustumine;
• energia neeldumisega ja energia vabastamisega.

Esimese tuumareaktsiooni viis läbi E. Rutherford 1919. aastal katsetes prootonite tuvastamiseks tuuma lagunemisproduktides. Rutherford pommitas lämmastikuaatomeid alfaosakestega. Osakeste põrkumisel toimus tuumareaktsioon, mis kulges järgmise skeemi järgi:
14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H

Tuumareaktsioonide esinemise tingimused

Tuumareaktsiooni toimumiseks positiivselt laetud osakese toimel on vajalik, et osakesel oleks piisav kineetiline energia, et ületada Coulombi tõukejõudude toime. Laenguta osakesed, näiteks neutronid, võivad suvaliselt madala kineetilise energiaga tungida aatomituumadesse. Tuumareaktsioonid võivad tekkida, kui aatomeid pommitatakse kiirelt laetud osakestega (prootonid, neutronid, α-osakesed, ioonid).

Esimene reaktsioon aatomite pommitamiseks kiiresti laetud osakestega viidi läbi 1932. aastal kiirendiga saadud suure energiaga prootonite abil:
7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He

Praktiliseks kasutamiseks on aga kõige huvitavamad reaktsioonid, mis toimuvad tuumade interaktsioonil neutronitega. Kuna neutronitel puudub laeng, võivad nad vabalt tungida aatomituumadesse ja põhjustada nende muundumisi. Väljapaistev itaalia füüsik E. Fermi oli esimene, kes uuris neutronite põhjustatud reaktsioone. Ta avastas, et tuumatransformatsioone ei põhjusta mitte ainult kiired, vaid ka aeglased neutronid, mis liiguvad termilisel kiirusel.

Mõju all tuumareaktsiooni läbiviimine positiivselt laetud osakesed vajavad osakesel oli kineetiline energia jaoks piisav Coulombi tõrjumise jõudude tegevuse ületamine... Laenguta osakesed, näiteks neutronid, võivad suvaliselt madala kineetilise energiaga tungida aatomituumadesse.

Laetud osakeste kiirendid(õpilase sõnum)

Mikrokosmose saladustesse tungimiseks leiutas inimene mikroskoobi. Aja jooksul sai selgeks, et optiliste mikroskoopide võimalused on väga piiratud – need ei võimalda aatomite sügavustest "vaadata". Nendel eesmärkidel osutus sobivamaks mitte valguskiired, vaid laetud osakeste kiired. Nii kasutati E. Rutherfordi kuulsates katsetes radioaktiivsete preparaatide poolt eraldunud α-osakeste voogu. Osakeste (radioaktiivsete ainete) looduslikud allikad tekitavad aga väga madala intensiivsusega kiireid, osakeste energia osutub suhteliselt madalaks ja pealegi on need allikad kontrollimatud. Seetõttu tekkis probleem kiirendatud laetud osakeste kunstlike allikate loomisel. Nende hulka kuuluvad eelkõige elektronmikroskoobid, mis kasutavad elektronkiire energiaga suurusjärgus 10 5 eV.

20. sajandi 30. aastate alguses ilmusid esimesed laetud osakeste kiirendid. Nendes paigaldistes omandavad elektri- ja magnetvälja mõjul vaakumis liikuvad laetud osakesed (elektronid või prootonid) suure energiavaru (kiirenevad). Mida suurem on osakese energia, seda lühem on selle lainepikkus, seetõttu sobivad sellised osakesed paremini mikroobjektide "sondeerimiseks". Samal ajal suureneb osakese energia suurenemisega sellest põhjustatud osakeste vastastikuste muundumiste arv, mis viib uute elementaarosakeste tekkeni. Tuleb meeles pidada, et aatomite ja elementaarosakeste maailma tungimine pole odav. Mida suurem on kiirendatud osakeste lõppenergia, seda keerukamad ja suuremad on kiirendid; nende suurus võib ulatuda mitme kilomeetrini. Olemasolevad kiirendid võimaldavad saada laetud osakeste kiirte energiaga mitmest MeV kuni sadade GeV. Osakeste kiirte intensiivsus ulatub 10 15 - 10 16 osakesteni sekundis; sel juhul saab kiire teravustada sihtmärgile, mille pindala on vaid mõni ruutmillimeeter. Kõige sagedamini kasutatakse kiirendatud osakestena prootoneid ja elektrone.

Kõige võimsamad ja kallimad kiirendid ehitatakse puhtteaduslikel eesmärkidel – uute osakeste saamiseks ja uurimiseks, osakeste vastastikuse muundumise uurimiseks. Suhteliselt madala energiaga kiirendid on laialdaselt kasutusel meditsiinis ja tehnoloogias – vähihaigete raviks, radioaktiivsete isotoopide tootmiseks, polümeermaterjalide omaduste parandamiseks ja paljudel muudel eesmärkidel.

Olemasolevate kiirendite tüüpide mitmekesisust saab jagada nelja rühma: otsetoimega kiirendid, lineaarkiirendid, tsüklilised kiirendid ja põrkuva kiirendiga kiirendid.

Kus boosterid asuvad? V Dubna(Tuumauuringute Ühisinstituut) V.I.Veksleri eestvedamisel ehitati 1957. aastal sünkrofasotron. V Serpuhhov- sünkrofasotron, selle magnetväljas paikneva rõngakujulise vaakumkambri pikkus on 1,5 km; prootonite energia on 76 GeV. V Novosibirsk(Tuumafüüsika Instituut) GI Budkeri eestvedamisel pandi tööle elektron-elektron- ja elektron-positronkiirte (700 MeV ja 7 GeV) põrkuvad kiirendid. V Euroopa (CERN, Šveits – Prantsusmaa) töötavad kiirendid põrkuvate prootonkiirtega 30 GeV ja prooton-antiprootonkiirtega 270 GeV. Praegu on Šveitsi ja Prantsusmaa piiril asuva suure hadronipõrguti (LHC) ehitamisel lõppenud ehitustööde võtmeetapp - ülijuhtivate magnetite paigaldamine elementaarosakeste kiirendile.

Kokkupõrget ehitatakse umbes saja meetri sügavusele tunnelisse, mille ümbermõõt on 26 650 meetrit. Esimesed katsekokkupõrked põrkeris plaaniti toimuda 2007. aasta novembris, kuid katsetööde käigus toimunud ühe magneti rike toob kaasa mõningase hilinemise objekti kasutuselevõtu ajakavas. Large Hadron Collider on loodud elementaarosakeste otsimiseks ja uurimiseks. Pärast turule toomist on LHC-st maailma võimsaim osakestekiirend, mis edestab oma lähimaid konkurente peaaegu suurusjärgu võrra. Suure hadronipõrgetise teadusliku kompleksi ehitus on kestnud üle 15 aasta. Selles töös osaleb üle 10 tuhande inimese 500 teaduskeskusest üle maailma.

Tuumareaktsioonidega kaasnevad energia muundumised. Energia väljund tuumareaktsiooni nimetatakse väärtuseks:
K = (M A + M B - M C - M D) c 2 = Δ Mc 2, kus M A ja M B – algtoodete massid, M C ja M D on reaktsiooni lõpp-produktide mass. Kogus Δ M helistas massiviga... Tuumareaktsioonid võivad kulgeda koos ( K> 0) või energia neeldumisega ( K < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |K|, mida nimetatakse reaktsioonilävi.

Selleks, et tuumareaktsioonil oleks positiivne energiasaagis, spetsiifiline sidumisenergia nukleonid algproduktide tuumades peaksid olema väiksemad kui lõppproduktide tuumades olevate nukleonide spetsiifiline sidumisenergia. See tähendab, et suurus Δ M peaks olema positiivne.

Tuumareaktsioonide mehhanism

Tuumareaktsiooni kaks etappi:

• osakese neeldumine tuumas ja ergastatud tuuma moodustumine. Energia jaotub kõigi tuuma nukleonide vahel, igaühe energiasisaldus on väiksem kui spetsiifiline sidumisenergia ja nad ei suuda tuumasse tungida. Nukleonid vahetavad omavahel energiat ning ühele neist või nukleonide rühmale saab koondada piisavalt energiat, et ületada tuumasidejõud ja tuumast vabaneda.
• osakese eraldumine tuuma poolt toimub sarnaselt molekuli aurustumisega vedelikutilga pinnalt. Ajavahemik primaarse osakese tuuma neeldumisest kuni sekundaarse osakese emiteerimiseni on ligikaudu 10–12 s.

Tuumareaktsioonide säilivusseadused

Tuumareaktsioonides mitmed looduskaitseseadused: impulss, energia, nurkimpulss, laeng. Lisaks nendele klassikalistele seadustele on tuumareaktsioonides säilivusseadus nn barüoonlaeng(ehk nukleonite – prootonite ja neutronite arv). Täidetud on ka mitmed teised tuumafüüsikale ja elementaarosakeste füüsikale omased looduskaitseseadused.

1. Mis on tuumareaktsioon?
2. Mis vahe on tuumareaktsioonil ja keemilisel reaktsioonil?
3. Miks moodustunud heeliumi tuumad hajuvad vastassuundades?
   7 3 Li + 1 1 H → 4 2 He + 4 2 He
4. Kas α-osakese emissiooni tuumareaktsioon on tuum?
5. Lisage tuumareaktsioonid:
   • 9 4 Be + 1 1 H → 10 5 B +?
   • 14 7 N +? → 14 6 C + 1 1 p
   • 14 7 N + 4 2 Ta →? + 1 1 H
   • 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P +? (1934 Irene Curie ja Frederic Joliot-Curie said fosfori radioaktiivse isotoobi)
   • ? + 4 2 He → 30 14 Si + 1 1 p
6. Määrake tuumareaktsiooni energiasaagis.
   14 7 N + 4 2 He → 17 8 O + 1 1 H
   Lämmastikuaatomi mass on 14,003074 amu, hapnikuaatomil 16,999133 aatomit, heeliumi aatomil 4,002603 aatomit ja vesinikuaatomil 1,007825 aatomit.

Iseseisev töö

valik 1

1.

1. alumiinium (27 13 Al) püüab kinni neutroni ja kiirgab α-osakest;
2. lämmastikku (14 7 N) pommitatakse alfaosakestega ja kiirgab prootonit.

2.

1. 35 17 Cl + 1 0 n → 1 1 p +
2. 13 6 C + 1 1 p →
3. 7 3 Li + 1 1 p → 2
4. 10 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
5. 24 12 Mg + 4 2 He → 27 14 Si +
6. 56 26 Fe + 1 0 n → 56 25 Mn +

Vastused: a) 13 7 N; b) 1 1 p; c) 10 n; d) 14 7 N; e) 4 2 He; f) 35 16 S

3.

1. 73 Li + 10 n → 42 He + 13H;
2. 9 4 Be + 4 2 He → 1 0 n + 13 6 C.

2. variant

1. Kirjutage järgmiste tuumareaktsioonide võrrandid:

1. fosfor (31 15 P) püüab kinni neutroni ja kiirgab prootonit;
2. alumiinium (27 13 Al) pommitatakse prootonitega ja kiirgab α-osakest.

2. Täitke tuumareaktsioonide võrrand:

1. 18 8 О + 1 1 p → 1 0 n +
2. 11 5 B + 4 2 He → 1 0 n +
3. 14 7 N + 4 2 He → 17 8 O +
4. 12 6 C + 1 0 n → 9 4 Be +
5. 27 13 Al + 4 2 He → 30 15 P +
6. 24 11 Na → 24 12 Mg + 0 -1 e +

Vastused: a) 4 2 Ta; b) 18 9 F; c) 14 7 N; d) 10 n; e) y; f) 1 1 p

3. Määrake reaktsioonide energiasaagis:

1. 6 3 Li + 1 1 p → 4 2 He + 3 2 He;
2. 19 9 F + 1 1 p → 4 2 He + 16 8 O.

Peale iseseisva töö sooritamist viiakse läbi enesetest.

Kodutöö: № 1235 - 1238. (A.P. Rymkevitš)