загрузка...

Поурочные планы к учебникам Мякишева Г. Я. и Касьянова В. А. 11 класс

Поурочные разработки к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева

 

Квантовая физика

Глава. 13. Физика атомного ядра

Урок 127. Цепная ядерная реакция

Цель: сформировать у учащихся представление о цепной ядерной реакции, выяснить условия ее протекания.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Анализ контрольной работы

III. Проверка домашнего задания. Повторение

- Из чего состоит ядро?

- Какую массу имеют нейтроны? Каков заряд нейтрона?

- Каков состав ядра натрия Na?

- Сколько нейтронов содержит изотоп урана 23892U? Чему равно число протонов в ядре?

- Что можно сказать о зарядах протона и электрона?

- Чем отличается химический элемент и его изотоп?

IV. Изучение нового материала

Цепная реакция деления ядер урана.

В 1940 г. Г. И. Флеров и В. Петргиан обнаружили самопроизвольное (спонтанное) деление ядер урана.

В 1938 г. Г. Ган и Ф. Штрассман открыли: ядра урана при бомбардировке его нейтронами образуют другие элементы. А объяснение этому явлению было дано в 1939 г. австрийским физиком Л. Майтнером и английским физиком О. Фришем:

(Бомбардировка нейтронами дает 23692U, который распадается на цезий и рубидий.)

Позже обнаружили, что при бомбардировке нейтронами 23592U образуется 80 различных ядер. Наиболее вероятное деление оказалось:

Этот процесс происходит с выделением энергии 200 мЭВ = 3,2 · 10-11 Дж. Энергия выделяется в виде:

а) Еk осколков ≈ 2,6 · 10-11 Дж;

б) Еk нейтронов ≈ 0,1 · 10-11 Дж;

в) γ-излучения ≈ 0,5 · 10-11 Дж;

г) β-излучения.

Механизм деления

Н. Бор предложил капельную модель ядра атома. Она дает представление о ядре как о положительно заряженной капле жидкости. Ядро, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Когда энергия возбуждения станет больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разорвется на две части, которые разлетятся в противоположные стороны. Таким образом, кинетическая энергия новых ядер обусловливается кулоновскими силами.

Цепная реакция деления ядер урана - это реакция, в которой частицы (нейтроны), вызывающие эту реакцию, образуются в процессе деления ядра. Для осуществления цепной реакции пригодны лишь ядра 23592U. Естественный уран состоит из 23592U (0,7%), 23892U (97,3%). Ядра 23592U делятся как быстрыми, так и медленными нейтронами.

23892U - только быстрыми с энергией 1 МэВ. Нейтронов с такой энергией при делении 60 %, но только один из пяти производит деление.

Цепную реакцию чистого изотопа 23892U осуществить медленными нейтронами невозможно. Для ее течение необходимо, чтобы коэффициент размножения k-нейтронов был ≥ 1. В этом случае число нейтронов 10n увеличивается или остается постоянным и цепная реакция протекает.

При k < 1 число 10n убывает и цепная реакция невозможна.

Коэффициент размножения увеличивается при захвате медленных 10n ядром 23592U или быстрых 10n ядрами 23892U и 23592U с последующим делением.

Уменьшается при захвате нейтрона ядром без последующего деления, при вылете нейтрона из делящегося вещества, при захвате нейтрона продуктами деления, замедлителями и конструктивными элементами установки.

С целью уменьшения вылета 10n увеличивают массу урана. Количество распавшихся ядер пропорционально массе урана, которая растет быстрее, чем площадь его поверхности.

Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой. В зависимости от устройства установок и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов.

Существуют два вида ядерных реакций: неуправляемая цепная реакция и управляемая цепная реакция.

V. Закрепление изученного материала

- Что называют цепной ядерной реакцией?

- Благодаря чему оказалось возможным осуществление цепной ядерной реакции деления?

- Что называют коэффициентом размножения нейтронов?

- Чем вызвана необходимость замедления нейтронов, испускаемых при делении ядер?

- Перечислите условия протекания цепной ядерной реакции в уране-325.

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

Прочитайте и выучите материал п. 109.

Один из путей, которым осуществляется деление ядер при цепной ядерной реакции, выглядит так: уран 23892U захватывая медленный нейрон n, распадается на два радиоактивных осколка - цезий 13256Сs и рубидий 9437Rb, и несколько нейтронов. Осколки претерпевают цепочку β-распадов, сопровождаемых γ-излучением. Конечные продукты - церий 14058Се и цирконий9440Zr. Запишите все семь ядерных реакций.





загрузка...
загрузка...