Сайт Ключиковой С.С., Ключикова Светлана Сергеевна

Применение ядерной энергии. Термоядерные реакции. Биологическое действие радиоактивных излучений.

 

Цель занятия: познакомиться с термоядерными реакциями и условиями их протекания; рассмотреть использование ядерной энергии; изучить действие радиоактивных излучений на живые организмы.

 

Задание по учебнику:    параграфы 110-113

 

 

     Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер,

протекающие при высоких температурах.

  Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку

в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре

нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую

энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная

суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции.

     Название “термоядерные реакции” отражает тот факт, что эти реакции идут при высоких температурах

  (>10 000 000–100 000 000 К), поскольку для слияния лёгкие ядра должны сблизиться до расстояний, равных радиусу действия ядерных сил притяжения, т.е. до расстояний ≈10-13 см. А вне зоны действия этих сил положительно заряженные ядра испытывают кулоновское отталкивание. Преодолеть это отталкивание могут лишь ядра, летящие навстречу друг другу с большими скоростями, т.е. входящие в состав сильно нагретых сред, либо специально ускоренные.

 

 

 

Видеоурок: Термоядерная реакция Источники энергии Солнца и звезд​

 

Для любознательных: Ядерная физика в интернете

 

Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.

 

Цель занятия: повторить и расширить знания о фундаментальных взаимодействиях; познакомиться с миром элементарных частиц; рассмотреть их классификацию.

 

Задание по учебнику:    параграфы 114 -115

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Элементарные частицы – материальные объекты,   которые нельзя разделить на составные части.

 

   В соответствии с этим определением к  элементарным частицам не могут быть отнесены молекулы, атомы и атомные ядра, которые поддаются делению на составные части – атом делится на ядро и орбитальные  электроны, ядро – на нуклоны. В то же время  нуклоны, состоящие из более мелких и фундаментальных частиц – кварков, нельзя

разделить на эти кварки. Поэтому нуклоны относят к элементарным частицам. Учитывая то обстоятельство, что нуклон и другие адроны имеют сложную внутреннюю структуру, состоящую из более фундаментальных частиц – кварков, более целесообразно адроны называть не элементарными частицами, а просто частицами.
    Частицы имеют размеры меньшие, чем атомные ядра. Размеры ядер 10 -13 − 10-12 см. Наиболее “крупные” частицы (к ним относятся и нуклоны) состоят из кварков (двух или трёх) и называются адронами. Их размеры ≈ 10-13 см. Существуют также бесструктурные (на современном уровне знаний) точечноподобные (< 10-17 см) частицы, которые называют фундаментальными. Это кварки, лептоны, фотон и некоторые другие. Всего известно несколько сот частиц. Это в подавляющем большинстве адроны.

      Адроны (от греч. hadros – большой, сильный) – частицы, участвующие в сильном взаимодействии (как и во всех остальных). Это самый обширный класс частиц.  

 

Адроны, состоящие из трёх кварков, называются барионами, состоящие из кварка и антикварка – мезонами. Наиболее известные адроны - протон и нейтрон. В класс адронов входят также гипероны Λ, Σ+, Σ0, Σ-, π-мезоны, K-мезоны и другие частицы. В свободном состоянии все адроны (за исключением, возможно, протона) нестабильны, т.е. распадаются.

 

     Кварки - бесструктурные точечные частицы со спином 1/2ћ, участвующие в сильном взаимодействии (как и во всех остальных) и являющиеся элементарными составляющими всех адронов. 
    Существует шесть типов кварков, обозначаемых буквами u, d, s, c, b, t (от английских слов up, down, strange, charmed, bottom, top). Говорят о шести “ароматах” кварков. Каждый кварк имеет барионное число В = + 1/3 и дробный электрический заряд. Кварки u, c, t имеют заряд +2/3, а кварки d, s, b, - заряд –1/3 (в единицах элементарного заряда е = 1.6.10 -19 Кл). Кварки имеют массы. Самый лёгкий кварк u (его масса несколько МэВ/с2), самый тяжёлый – t (его масса 174 ГэВ/с2).

     

 

 Лептоны (от греч. leptos – лёгкий, мелкий) – группа точечных частиц со спином 1/2ћ, не участвующих в сильном взаимодействии. Размер лептона (если он существует) <10-17 см. Лептоны считаются точечными бесструктурными частицами. Существует три пары лептонов:

• • электрон (е–) и электронное нейтрино (νe),

  • мюон (μ–) и мюонное нейтрино (νμ),

  • тау-лептон (τ–) и тау-нейтрино (ντ),

  •  

а также соответствующие им три пары антилептонов. 
    Нейтрино и электрон стабильны. Мюон и тау-лептон нестабильны и распадаются на более лёгкие частицы.
    Электрон, мюон и тау-лептон имеют одинаковый отрицательный электрический заряд, но разные массы: m(e) = 0.511 МэВ/с2 (9.1·10-28 г), m(μ) = 105.7 МэВ/с2,m(τ) = 1777 МэВ/с2. Все нейтрино электрически нейтральны и имеют нулевые (или очень малые) массы. 

 

Античастицы – двойники обычных элементарных частиц, которые отличаются от последних знаком электрического заряда и знаками некоторых других характеристик. У частицы и античастицы совпадают массы, спины, времена жизни. Если частица характеризуется и другими внутренними квантовыми характеристиками, имеющими знак, то у античастицы величины этих характеристик те же, но знаки противоположны. Если частица нестабильна (испытывает распад), то нестабильна и античастица, причём времена жизни у них совпадают и совпадают способы распада (с точностью до замены в схемах распада частиц на античастицы).
    Обычное вещество состоит из протонов (р), нейтронов (n) и электронов (е-). Антивещество состоит из их античастиц – антипротонов , антинейтронов и антиэлектронов (позитронов е+). Выбор того, какие частицы считать частицами, а какие античастицами, условен и определяется соображениями удобства. Античастицей античастицы является частица. При столкновении частица и античастица исчезают (аннигилируют), превращаясь в гамма-кванты.
    В некоторых случаях (например, фотон или π0-мезон и др.) частица и античастица полностью совпадают. Это связано с тем, что фотон и π0-мезон не имеет электрического заряда и других внутренних характеристик со знаком.

 

 

 

Для любознательных: Ядерная физика в интернете

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​