Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
числа нуклонов.
Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства.
Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно
превращаться в другие ядра с испусканием частиц. Естественная
радиоактивность, как правило, наблюдается у тяжелых ядер. Радиоактивное
превращение сопровождается испусканием а-частиц, (3-частиц, а также очень
коротковолнового электромагнитного излучения (у-излучения). Состав а-,
(3- и
у-излучений установлен по их отклонению в магнитном поле. Известно, что
а-лучи представляют собой поток ядер гелия, (3-лучи -поток быстрых
электронов. Превращения атомных ядер, которые сопровождаются испусканием
а- и (3-частиц, называются соответственно а- и (3-распадом.
Большинство встречающихся в природе ядер устойчиво. Однако при значениях
массовых чисел вблизи А = 210 ядра перестают быть устойчивыми. Это в
первую очередь объясняется близкодействующим характером ядерных сил: силы
ядерного притяжения действуют только между данным нуклоном и его
непосредственными соседями. Вместе с тем, так как кулоновские силы
дальнодейст-вующие, между данным протоном и всеми остальными протонами в
ядре действует кулоновское отталкивание. Для ядер с достаточно большими
атомными номерами кулоновское отталкивание может превысить ядерное
притяжение. Действительно, не существует устойчивых ядер с Z > 83.
Определения, понятия и законы
267
Цепные ядерные реакции. Ядра урана и ряда трансурановых элементов
способны к реакциям деления ядра, при которых ядра, возбужденные захватом
нейтрона, распадаются на две части, называемые осколками. При этом
возможно высвобождение некоторого количества нейтронов. Деление тяжелого
ядра сопровождается выделением огромной энергии. Например, при делении
ядер, содержащихся в 1 г урана 2^U , выделяется энергия порядка 8 • Ю10
Дж. (Удельная теплота сгорания нефти, равная 4,3 ¦ 107 Дж/кг, примерно в
два миллиона раз меньше!) В каждом акте деления, помимо осколков,
возникают несколько у-квантов и в среднем 2,5 нейтрона. Если эти нейтроны
вызывают другие акты деления, то возникает процесс самоподдерживающийся
процесс цепной ядерной реакции. Цепные ядерные реакции используются в
ядерных реакторах для получения энергии, а также в ядерном оружии.
Термоядерная реакция. Выделение ядерной энергии возможно также в реакциях
синтеза (слияния) легких ядер. Для осуществления такой реакции необходимо
преодолеть кулоновские силы отталкивания между ядрами, что возможно при
достаточно больших скоростях сталкивающихся частиц. Так, синтез гелия из
легкого изотопа водорода происходит при температуре около 108 К, а для
синтеза гелия из дейтерия и трития по схеме ^Н+^Н-^Не+дП требуются
температуры порядка 5 • 107 К. Поэтому такие реакции называются
термоядерными. При синтезе 1 г гелия из дейтерия и трития выделяется
энергия 4,2 • 1011 Дж. Управляемые термоядерные реакции представляют
большой интерес для энергетики будущего.
Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита от радиации.
Излучения радиоактивных веществ оказывают сильное воздействие на все
живые организмы. Даже слабые излучения способны нанести существенные
повреждения живым клеткам и вызвать опасные заболевания (лучевая
болезнь). Механизм поражающего действия излучений на биологические
объекты заключается в основном в ионизации атомов и молекул, что приводит
к изменению их химической активности. В результате облучения в
268
Атом и атомное ядро
тканях образуются свободные радикалы, подавляющие действие ферментов,
происходит разрыв хромосом, увеличивается число мутаций. Наиболее
чувствительны к излучениям ядра клеток, особенно тех, которые быстро
делятся. Поэтому у человека излучения в первую очередь поражают костный
мозг, из-за чего нарушается процесс образования крови.
Степень облучения связана с энергией поглощенного излучения. В СИ
единицей поглощенной дозы является грэй (Гр). Доза в 1 Гр означает, что
облученному веществу массой 1 кг передана энергия ионизирующего излучения
1 Дж.
Методы защиты от облучения: удаление от источников излучения; ограничение
времени пребывания на загрязненной местности или вблизи радиоактивных
источников; ограждение радиоактивных источников специальными экранами. К
защитным мерам относится также дозиметрический контроль окружающей среды
и продуктов питания.
6. Задачи для повторения
6.1. Спираль, сопротивление которой г = 9 Ом, помещена в замкнутый
сосуд. Сосуд содержит одноатомный идеальный газ, который занимает объем V
= 6 л. В течение времени t = 1 мин по спирали пропускали постоянный ток,
после чего давление возросло на величину Др = 6-104 Па. Найти силу тока
/.
6.2. Лазер излучает световые импульсы с энергией W = 0,1 Дж. Частота
повторения импульсов / = 10 Гц. Коэффициент полезного действия лазера,
определяемый как отношение излучаемой энергии к потребляемой, составляет
Г| = 0,01. Какой объем воды V нужно прогнать за время х = 1 час через
охлаждающую систему лазера,
