ГДЗ-Физика-задачник-11кл-Рымкевич-2004-www.frenglish.ru (991537), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Какая минимальная энергия необходима для раг 14 щепления ядра азота 11э' на протоны и нейтроны? Решение. Ядру атома необходимо сообщить энергикк равную энергии связи, чтобы расщепить его на нейт роны и протоны. Для расчета энергии связи ядра азо 14 та,Х воспользуемся формулой Е„=(Елт +Его,+(А — Е)т„— М)с . 26о Вычисления: Е„=(7 1,6726 10 кг+ 7 9,1 10 кг+ + 7 1,6749 10 кг — 14,00307 а.
е.м. 1,661 х х 10 кг/а. е. м.) (3 10 м/с) = 1,677 10 Дж = 105 МэВ, где мы учли, что масса нейтрального атома изотопа Х = 14,00307 а. е. м. Ответ: Е„= 105 МэВ. 52. Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций, Биологическое действие радиоактивных излучений. Элементарные частицы. Взаимные превращения частиц и квантов электромагнитного излучения 1 1 78. Написать ядерную реакцию, происходящую при бомгг бардировке алюминия гА1 а-частицами и сопровождающуюся выбиванием протона.
Ответ: .,гА1 + ~Не — >,Р + ыВ1. Ядерные реакции протекают всегда с сохранением суммарного массового числа ядер на входе и выходе реакции, а также с сохранением суммарного заряда (порядкового номера) ядер. 270 1 1О 1 80. Прн бомбардировке изотопа бора 5В нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается а-частица. Написать реакцию. 1О 1 4 7 Ответ:,В + оп -+ 2Не + з11. 1 182. Элемент курчатовий получили, облучал плутоний 242 22 94РП ЯДРаин НЕОНа 97ЧЕ. НаПИСатЬ РЕаКЦИЮ, ЕСЛИ ИЗВЕСТНО, что в результате образуется еще четыре нейтрона.
242 22 260 1 Ответ: 94Рц +,оХе -+ 164Кц + 4оп. 1 1 83. Написать недостающие обозначения в следующих ядерных реакциях: 27 1 7 4 55 56 1 1зА! 4 о" 474 гНе гьМп +?-+ гете + оп, 1 7 22 4 27 26 2+,Н -4 7+ ПХа + 2Не * 1зА! + 7 4 12Мв + 7. Решение. 27 1 24 4 1зА1 + оп — + „Ха + 2Не, 55 2 56 1 гьМп +,Н -+ 26Ре + оп, 25 1 22 4 12Мй' +,Н -+ „Ха + 2Не, 27 26 1 1зА! + 7' + 12Мв + гН ° 24 2 25 1 Ответ: „Ха; 1Н; 12Ма; 1Н . 271 63 1 1 84. При облучении изотопа меди Си протонами реак. ция может идти несколькими путями: с выделением одного нейтрона; с выделением двух нейтронов; с выделением протона и нейтрона. Ядра каких элементов образуются в каждом случае? Решение.
63 1 63 1 гвСц + 1Р + зоЕ 1 + ол 63 1 62 1 29Си + 1Р— зоЕп + 2„л 63 1 62 1 1 гвСц + 1Р -+ 23Сц + 1Р + ол . 63 62 62 Ответ: зоЕп; зоЕп; 23Сц. 186. При бомбардировке азота м нейтронами из образо. 1 14 вавщегося ядра выбрасывается протон. Написать реакцию. Полученное ядро изотопа углерода оказывается б-радиоактивным. Написать происходящую при этом реакцию. Ответ: 14 1 14 1 1Н +оп + 6С+,Н, 14 О 14 6С -+ 1е + б+ 1Х.
Заметим, что, так же как и в задаче 1167, реакция ~1-распада во втором случае в ответе к задачнику указана неточно, поскольку в подобном процессе наряду с электроном всегда выделяется еще одна частица— антинейтрино. 1 56 1 87. При бомбардировке железа г е нейтронами образуется б-радиоактивный изотоп марганца с атомной массой бб. Написать реакцию получения искусственно радиоактивного марганца и реакцию происходящего с ним б-распада.
272 Ответ: 56 1 56 1 26Ре + оп 1 25Мп + 1Н 56 56 о 25Мп — 5 26ге + 16 + б (см. также решения задач 1167, 1186). 1 1 88. Выделяется или поглощается энергия при следую- щих ядерных реакциях: 14 4 17 1 7Х + 2Не -4 60 + )Н, б . 1 4 3 611 + 1Н -4 2Не + 2Не, з~' + 2Н 5В + оя 7 7 . 4 10 1 Решение. Энерговыделение при ядерной реакции А+ — +С+В равно: 2 1птл птв 1пс ш.о)с Энергия ЛЕ равна избыточной кинетической энергии ядер С и В по сравнению с кинетической энергией ядер А и В. Если ЛЕ ( О, то ядерная реакция идет с поглощением энергии и суммарная кинетическая энергия ядер С и В меньше суммарной кинетической энергии ядер А и В на 15е~.
Вычисления: 1) "7Х + 2Не — 4 60 +,Н соответствует ЛЕ = (14,00307 + 4,00260 — 16,99913— — 1,00783) а. е. м. 1,661 10 кг/а. е. м. 74 х (3 10 м/с) = — 1,926 10 Дж = = — 1,2 МэВ < 0; 2),11 +,Н вЂ” «,Не +,Не соответствует ЛЕ = (6,01513 + 1,00783 — 4,00260 — 3,01602) а. е.м.х х 1,661 10 кг/а. е.
м. (3 10 м/с) =6,477 . 10 Джм4 МэВ> 0; 3) зЫ + гНе — + 'эВ + оп соответствует оЕз = (7 01601 + 4 00260 10 01294 — 1,00866) а. е. м. 1,661 10 кг/а. е. м. х х (3 10 м/с) = -4,46 ° 10 Дж = -2,8 МэВ < О. Ответ: энергия поглощается в первой и третьей реак- циях и выделяется во второй. 1 7 1 90. Ядро э1.1, захватывая протон, распадается на две а-частицы.
Определить сумму кинетических энергий этих частиц. Кинетической энергией протона пренебречь. Решение. Запишем ядерную реакцию зЫ +,Н вЂ” + ~Не + ~Не. Кинетическую энергию образующихся а-частиц можно рассчитать с помощью формулы из решения задачи 1188: ЛЕ = (7,01601+ 1,00783 — 2 4,00260) а. е. м. х х 1,661 10 кг/а. е. м. (3 10 м/с) = 2,78 . 10 Дж = 17 МэВ. Ответ: ЛЕ = 17 МэВ. 274 1 1 91 ° какую минимальную энергию должна иметь а-частица для осуществления ядерной реакции 7 . 4 1О 21'1 + 2Не -+ 5В ь оп 7 Решение. Энергетический выигрыш данной ядерной реакции, взятый с обратным знаком, равен: ЛЕ = (7,01601 + 4,00260 — 10,01294 — 1,00866) а. е.
м. х х 1,661 10 кг/а. е. м. (3 10 м/с) = = — 4,46 . 10 Дж= — 2,8МэВ. Ответ: ЬЕ = 2,8 МэВ. 1 15 1 92. При облучении изотопа азота 11ч протонами образуется углерод и а-частица. Найти полезный энергетический выход ядерной реакции, если для ее осуществления энергия протона должна быть 1,2 МэВ. Решение. Ядерная реакция имеет вид: 15 1 12 4 тХ + 1Н -ь оС + гНе, поэтому, согласно формуле из решения задачи 1188, энергетический выигрыш реакции имеет значение ЛЕ = (15,00011 + 1,00783 — 12,00000— — 4,00260) а. е.м. 1,661 10 кг/а. е.м.х х(3 10 м/с) =8 10 Дж= 5МэВ. Отметим, что энергетический выигрыш равен добавочной кинетической энергии продуктов реакции.
Но сути дела, это и есть полезный энергетический выход реакции. Исходная ненулевая кинетическая энергия протона увеличивает кинетическую энергию продуктов реакции, но не изменяет ее полезного энергетического выхода. Ответ: ЛЕ = 5 МэВ. 275 1 1 93. Ввиду большой энергии связи, приходящейся на нуклон ядра гелиа, возможны экзознергетические реакции деления легких ядер. Найти, какая энергия выделяется при бом- 11 бардировке бора 5В протонами с образованием трех а-частиц.
Решение. При реакции 5В +,Н вЂ” з 2Не + 2Не + 2Не имеет место энерговыделение ЛЕ = (11,00931 + 1,00783 — 3 . 4,00260— — 4,00260) а. е. м. 1,661 10 кг/а. е. м. к 5с (3 10 м/с) = 1,4 10 Дж = 8,7 МэВ. Ответ: /5Е = 8,7 МэВ. 1 235 1 94 нри делении изотопа урана дзи освобождается энергия 200 МэВ, причем 34'Х этой энергии приобретают осколки деления. Считая, что этими осколками являются ядра 122 Вз бария 55Ва и криптона зекг и что импульсы их по модулю одинаковые, найти энергию осколков. Решение.
Обозначим суммарную кинетическую энер- 235 гию осколков деления ядра д211 через лЕ, тогда г г 1+ 22 Е+Е 2 2 Поскольку импульсы осколков одинаковы по моду- лю, то Ш1П1 = Пззпг т. е. 276 наконец, Е,= ЛЕт2 ЬЕт1 ,Е т1 + т2 т1 + т2 Вычисления: энергия ядра бария 200 мзв ' 84 д ' 84 64 М 137 е 84 энергия ядра криптона 200 МэВ 84'/а 137 104 М В 137 е 84 Ответ: Е, = 64 МэВ; Е = 104 МэВ. 1 1 95. Для замедления быстрых нейтронов можно использовать, например, тяжелую воду или углерод. В каком из этих ззмедлителей нейтрон испытает большее число столкновений, пока его скорость не снизится до тепловой7 Ответ: легкая частица, налетая на тяжелую, очень мало изменяет свою энергию (при упругом столкновении).
При столкновении же двух частиц, массы которых близки, изменение энергии каждой частицы может быть порядка первоначального значения энергии. Из сказанного следует, что при столкновении быстрого нейтрона с дейтронами (масса 2 а. е, м.) изменение энергии за одно соударение больше, чем при столкновении нейтрона с ядром. При рассеянии быстрых нейтронов на тяжелой воде изменение энергии за одно соударение существенно больше, чем при рассеянии нейтронов на углероде, поскольку отношение массы нейтрона к массе дейтрона равно = 1(2, а массы нейтрона к массе ядра атома углерода равно 11'12. Таким образом, при рассеянии н углероде необходимо больше столкновений нейтрона с ядрами углерода для замедления нейтрона до тепловой скорости.
277 1 235 1 96. При делении одного ядра о на два осколка выделяется энергия 200 МэВ. Какая энергия освобождается при «сжигании» в ядерном реакторе 1 г этого изотопа? Сколько каменного угля нужно сжечь для получения такой энергии? Решение. Масса ядра ззс1 равна: 235 М„= 235 а. е. м. = 3,9 . 10 кг. Таким образом, в 1 г содержится ?5? = — = = 2,6 10 ядер. 1г 10 кг 21 з 3,9 10 кг Если считать, что в процессе «сжигания» 1 г ядерного топлива делятся все ядра урана, то количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании ядерного топлива, »»2 = 200 МэВ 2,6 10 = 5,2 . 10 МэВ= 83 10 Дж.
Для выделения такой же энергии при сгорании угля необходимо сжечь 2 т=л= Дж =2,8 10 кг, 29 10 Дж/кг где 57 — удельная теплота сгорания угля. Ответ:9=83 10 Дж; т =2,8 10 кг. 1 197 Какова электрическая мощность атомной электро- 235 станции, раскодующей в сутки 220 г изотопа урана 22У и имеющей КПД 207«? Решение. За одни сутки электростанция вырабатыва- ет энергию Е = таль, 278 где с) — КПД электростанции, т — масса «сжигаемого» урана в граммах, Я вЂ” количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 г урана, рассчитанное в решении задачи 1196. При этом электрическая мощность Е чЯт Р= — = —, с с где с = 1 сут.
Вычисления: Р 0,25 83 . 10 Дж/г 220 г 5 3 ' 10~ВТ=53МВТ. 24 3600 с Ответ: Р = 53 МВт. 1 1 99. Толщина Ь слоя перекрытия, ослабляющего данное ионизирующее излучение в 2 раза, носит название толщины слоя половинного ослабления. Доказать, что слой толщиной Н - пл ослабляет излучение в 2" раз. Ответ: частицы ионизирующего излучения одинаково взаимодействуют с веществом перекрытия, независимо от того, прошли ли они до данного момента большее или меньшее расстояние в веществе. Поэтому каждый слой толщиной Ь ослабляет поток излучения в 2 раза, а слой толщиной Н = пЬ ослабляет излучение в (1/2) (1/2) ...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
