Физика для инженеров. Материал к лекции профессора Звонова Валерия Степановича

1. ВВЕДЕНИЕ В ЯДЕРНУЮ ФИЗИКУ В. С . ЗВОНОВ Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС РФ Кафедра физики и теплотехники 2012 г.

2. Макс Планк 2

4. Элементарные составляющие материи Жизнь Макромолекулы Молекулы Атомные ядра, электроны Частицы, кварки Бозоны Хиггса ?? Иерархическая структура материи Протоны, нейтроны

5. Опыт Резерфорда Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом , Э – экран, покрытый сернистым цинком , Ф – золотая фольга , M – микроскоп. Было обнаружено , что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Этот результат был совершенно неожиданным даже для Резерфорда. Он находился в резком противоречии с моделью атома Томсона α -частица – дважды ионизированный атом гелия

6. Большинство α -частиц рассеивалось на углы порядка 3 ° Отдельные α-частицы отклонялись на большие углы, до 150º (одна из нескольких тысяч) Такое отклонение возможно лишь при взаимодействии практически точечного положительного заряда – ядра атома – с близко пролетающей α -частицей . Атом Томсона

8. Планетарная модель атома Резерфорда Ze e Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

10. По современным измерениям, положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду e = 1,60217733·10 –19 Кл, то есть равен по модулю отрицательному заряду электрона. Масса протона , по современным измерениям, равна m p = 1,67262·10 –27 кг. В ядерной физике массу частицы часто выражают в атомных единицах массы (а. е. м.), равной массы атома углерода с массовым числом 12: 1 а. е. м. = 1,66057·10 –27 кг.

11. Изучаем АТОМ Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны , входящие в состав ядра, несут положительный заряд. В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда. Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом . Практически вся масса атома сосредоточена в его ядре, так как масса электрона составляет всего лишь 1/1836 часть массы протона. Внешние размеры атома – это размеры гораздо менее плотного электронного облака, которое примерно в 100000 раз больше диаметра ядра. Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны , не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро). Электроны, протоны и нейтроны являются главными "строительными деталями" атомов и называются субатомными частицами.

13. Ирен Жолио-Кюри (1897-1956) Фредерик Жолио-Кюри (1900-1958) При бомбардировке бериллия α -частицами обнаруживалось какое-то сильно проникающее излучение, способное преодолеть такую преграду, как свинцовая пластина в 10-20 см толщиной. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри предложили, что излучение бериллия выбивает из парафиновой пластины протоны. Но они думали, что это гамма-кванты большой энергии. Они с помощью камеры Вильсона обнаружили эти протоны и по длине пробега оценили их энергию. Но понять, что протоны из парафина выбивают тяжелые нейтральные частицы они не смогли. Это сделал Д.Чедвик

15. Вернер Карл Гейзенберг (1901-1976) Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904-1994) Советский физик Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг предложили протонно-нейтронную модель ядра: ядра состоят из элементарных частиц двух сортов: протонов и нейтронов. Основное положение протон-нейтронной модели атомного ядра – атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Число протонов Z в ядре определяет электрический заряд ядра. Суммарное число протонов и нейтронов A = Z + N определяет массу атомного ядра.

16. Характеристики нуклонов Протон ( p ) Нейтрон ( n ) Электрический заряд 1,6 *10 -19 Кл 0 Масса 1,6726*10 -27 кг 1,6749*10 -27 кг Масса в m e 1836 1839 Характеристика Обозначение Определение Зарядовое число Z Равно числу протонов в ядре, совпадает с порядковым номером химического элемента в Периодической системе элементов Массовое число A=Z+N Равно числу нуклонов в ядре (числу протонов Z и нейтронов N ) Заряд ядра +Ze Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме Символическая запись ядер

18. Так как для ядер существенны квантовые законы поведения, то ядра не имеют четко определенных границ. Можно говорить только о некотором среднем радиусе ядра. Этот радиус определяется экспериментально по рассеянию ядром падающих на него частиц. С увеличением массового числа радиус ядра увеличивается: Объем ядра пропорционален числу нуклонов. Плотность ядерного вещества постоянна и одинакова для всех ядер:

19. Открытие радиоактивности Антуан Анри Беккерель (18542-1908) В 1896 г. Беккерель случайно открыл радиоактивность во время работ по исследованию фосфоресценции в солях урана. Исследуя работу Рентгена, он завернул флюоресцирующий материал — уранилсульфат калия в непрозрачный материал вместе с фотопластинками, с тем, чтобы приготовиться к эксперименту, требующему яркого солнечного света. Однако ещё до осуществления эксперимента Беккерель обнаружил, что фотопластинки были полностью засвечены. Это открытие побудило Беккереля к исследованию спонтанного испускания этого излучения излучения. Изображение фотопластинки Беккереля, которая была засвечена излучением солей урана. Ясно видна тень металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью урана. Соль урана испускает лучи с высокой проникающей способностью !!!

20. Открытие радиоактивности Мария СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ (1867-1934) Пьер КЮРИ (1859-1906) Французские химики Пьер и Мария Кюри обнаружили в 1898 году , что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды (урановая смолка, добывавшаяся в городе Иоахимсталь, Чехия), более радиоактивны, чем чистый уран. Из этих отходов супруги Кюри после нескольких лет интенсивной работы выделили два сильно радиоактивных элемента: полоний и радий. Для количественного определения интенсивности излучения использовался тот факт, что в присутствии радиоактивных соединений воздух проводит электричество, и измерялся ток, проходящий под воздействием различных веществ сквозь воздушный конденсатор. Конструкция состояла из двух расположенных горизонтально с небольшим зазором металлических дисков, на которые подавалось напряжение около 100 В. Если между дисками находился только слой воздуха, тока не было, но если на нижний диск насыпали тонким слоем определенное количество какого-либо соединения урана, воздух благодаря ионизации под действием урановых лучей становился проводником, при этом между дисками протекал очень слабый ток, который можно было измерить и таким образом количественно и довольно точно определить мощность излучения. Мария Кюри предложила называть это явление выделения энергии из урановых руд радиоактивностью.

23. Искривление катодных лучей в магнитном поле. В 1874 году гениальный английский ученый Крукс прочел в Шеффильде доклад под заглавием «Лучистая материя, или четвертое состояние вещества», в котором высказал смелую гипотезу о том, что катодные лучи представляют поток материальных частиц, движущихся с колоссальной скоростью и заряженных отрицательным электричеством. Эти частицы, по мнению Крукса, входят в состав каждого химического атома. Таким образом, они представляют «осколки» атома, который, следовательно, не может уже считаться «неделимым» в обычном узком смысле этого слова.

25. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Ф.Содди (1877-1956) Э.Резерфорд (1871-1937) В 1900 году в Монреале встретились два молодых физика Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди. Они начали изучать излучения радия. Они сделали такой опыт : взяли стеклянную трубочку и положили туда несколько кусочков виллемита. Виллемит - это ничем не примечательный с виду камешек, зеленовато-серый, похожий на те гладкие камешки, которые обыкновенно валяются на берегу моря. Но у виллемита есть замечательное свойство: если его освещать лучами радия, то он начинает светиться холодным ярким зеленым, светом. Резерфорд и Содди впустили в свою трубочку с виллемитом воздух, который довольно долгое время находился в соседстве с веществом, содержащим немножко радия. После этого трубочку закрыли с обеих сторон (для этого в ней были с двух сторон устроены краны) и отнесли в темную комнату. И вот, хотя радия поблизости не было, виллемит стал так ярко светиться, что при этом свете можно было даже посмотреть на часы и прочитать заголовок газеты. Выходит, что воздух в трубочке с виллемитом заставляет виллемит светиться точь-в-точь так же, как он светился под лучами радия. Как только краны открыли и выдули из трубок этот воздух, виллемит светиться перестал. Как же объяснить, что воздух, побывавший в соседстве с радием, сам становится радиоактивным? Резерфорду пришла в голову очень простая и очень смелая мысль: он предположил, что из радия все время выходит какой-то газ, но не простой газ, а радиоактивный, испускающий лучи Беккереля. Газ этот, попадая в воздух, смешивается с ним. Значит, лучи Беккереля испускает не сам воздух, побывавший в соседстве с радием, а новый газ, попавший в воздух из радия. Этому новому газу Резерфорд дал название «эманация радия» (это название значит «то, что выходит из радия»).

26. Загадка радиоактивности Самое поразительное, самое чудесное в радии - это его неутомимость. Днем и ночью, зимой и летом, без устали, без передышки радий посылает в пространство свои невидимые лучи. Каждый час грамм радия испускает столько тепла, сколько нужно, чтобы растопить примерно полтора грамма льда. Много ли это? Это не очень много: грамм угля, сгорая, испускает тепла почти в пятьдесят раз больше, но зато он ведь сгорает и перестает быть углем, а грамм радия, испуская тепло в течение часа, в течение суток, в течение года, остается совершенно таким же, каким был раньше,- его способность испускать лучи Беккереля и вместе с ними энергию остается прежней, и он, как и раньше, готов безостановочно испускать энергию в течение новых и новых лет. Вот это-то и есть самое неслыханное, самое беспримерное из всего, что физикам когда-либо приходилось слышать и видеть. Когда топится печка, в ней сгорают дрова, и, если не подбрасывать дров, печка погаснет. В лабораториях всего мира физики жадно набросились на изучение радиоактивности. Можно. смело сказать, что в это время (в 1900 году или около того) не было ни одного физика на свете, который бы не ломал голову над этой трудной загадкой: что же такое, в конце концов, эта радиоактивность? Каков ее внутренний механизм, внутренний смысл? Отчего она происходит? И каждый физик, по мере сил, пробовал догадаться о том, каково решение этой загадки. Одни говорили: если радий все время испускает свои лучи и они не становятся от этого слабее, то, значит, он эти лучи, это тепло, эту энергию все время откуда-то снова получает. Например, возможно, что во всем пространстве распространяются какие-то лучи, которые свободно проходят через все тела и даже через всю толщу земного шара. Не только мы не видим этих лучей, но их даже не замечает фотографическая пластинка, и только радий имеет особенную способность поглощать эти лучи и затем их испускать вновь, но уже в измененном виде -в виде лучей Беккереля. Выходит, что если сравнить радий с часами, то эти часы на самом деле все время «заводятся», заводятся таинственными лучами, которые поглощаются радием и затем перерабатываются им в лучи Беккереля.

28. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ Ф.Содди (1877-1956) У.Рамзай (1852-1916) Резерфорд и Содди считали наиболее вероятным, что альфа-частица, которую испускает радий, есть атом гелия, от которого отколото два электрона. Содди вместе с Рамзаем экспериментально доказал, что в запаянной трубочке с эманациями радия при пропускании через нее тока газ начинает светиться и получается спектр гелия! То есть α -частица - это дважды ионизованный атом гелия! Первая статья Резерфорда и Содди появилась в сентябрьском номере 1903 года «Philosophical Magazine». В ноябрьском номере появилась вторая статья. Описав эксперимент по измерению эманационной способности, Резерфорд и Содди писали далее: «Было приведено достаточно данных, чтобы ясно показать, что как в радиоактивности тория, так и радия проявляются сложнейшие превращения, каждое из которых сопровождается непрерывным образованием особого вида активного вещества». Образующаяся из радия и тория эманация является инертным газом. Ученые обращают внимание на связь радиоактивности с гелием, который, возможно, является конечным продуктом распада.

30. Радиоактивность – ядро одного элемента само собой превращается в ядро другого (самопроизвольно) 2 Закон радиоактивного распада – релаксация, переход в равновесное состояние Основная количественная характеристика – период полураспада

32. Радиоактивные ряды Ф.Содди (1877-1956)

36. E = mc 2 Вроде бы, знаменитая формула, однако все почему-то думают, что вывел её Альберт Эйнштейн. На самом деле это не так. Биограф Эйнштейна А.Пайс пишет, что соотношение между массой и энергией, выражаемое формулой Е = mc² , действительно было известно для частных случаев ещё за 25 лет до Эйнштейна. Но именно Эйнштейн впервые обобщил его на все явления природы. E = mc 2 Согласно данному равенству, максимальная энергия, которую можно получить от объекта, равна массе объекта, умноженной на квадрат скорости света. Это уравнение говорит о том, что в данном материальном процессе происходит переход материи из одного состояния в другое. Или, точнее, одно состояние материальной системы, характеризующееся определенными массой и энергией, переходит в другое состояние с иными массой и энергией. Это значит что знак равенства в формуле Эйнштейна следует понимать лишь как знак количественного, а отнюдь не качественного тождества. По этой причине в современной физике формулу Эйнштейна чаще всего называют «соотношением эквивалентности массы и энергии».

37. E = mc 2 Николай Алексеевич Умов (1846-1915) Н.А.Умов считал, что к инетическая энергия всегда связана с движущейся частицей и находится там, где находится частица. Отсюда, естественно, возникает понятие о движении энергии . Н. А. Умов первый утвердил в науке это понятие и широко пропагандировал его, считая, что для любого вида энергии возможно ввести понятие о плотности энергии и скорости её движения. В 1873 году Н.А.Умов (Теория простых сред, Спб, 1873) указал на соотношение массы и энергии Е=k mc² (где: 0,5 =< k =< 1). В 1881 г. Дж.Дж.Томсон дал соотношение: k = 4/3. В 1890 г. О. Хевисайд дал соотношение: k = 1 и, таким образом, придал уравнению современный смысл. О.Хевисайд

38. Итак, поглощаемая веществом энергия последовательно переводила его из одного состояния в другое (твердое, жидкое, газообразное, плазма). Однако возникает естественный вопрос: а может ли вещество бесконечно поглощать энергию? Здравый смысл однозначно подсказывает, – нет. Значит, наш опыт должен завершиться таким состоянием вещества, когда подводимая энергия уже не поглощается, а свободно пронизывает его, не задерживаясь в нем. Наше &quot;вещество&quot; должно стать для дополнительной энергии полностью «прозрачным». И это состояние называется полем. Первоначально наше вещество было реально ощутимо. В результате опыта оно поглотило дополнительную энергию. Но несоизмеримо увеличилось и занимаемое этой энергией пространство, в котором вещество как бы растворилось. Плотность энергии движения резко уменьшилась. Однако энергия вещества не исчезла, она превратилась в энергию поля . Если мы рассмотрим обратный процесс, то выясним, что поле, отдавая свою энергию, рождает элементарные частицы, из которых состоит плазма. Та, в свою очередь, теряя энергию, рождает атомы, из которых образуется газ и так далее. Однако вновь возникает естественный вопрос: а может ли вещество бесконечно отдавать свою энергию? Здравый смысл и теперь однозначно подсказывает, – нет. Значит и этот уже обратный опыт должен завершиться таким состоянием вещества, которое уже не может излучать энергию. Что же это за состояние? Вещество в этом состоянии, несомненно, существует. Значит, существует и энергия, но она замкнута в определенном пространстве и не может его покинуть (ведь мы не можем ее отобрать). Такая ситуация возможна лишь в том случае, когда скорость выхода энергии за пределы пространства превышает скорость света. А это значит, что даже свет не может выйти за пределы нашего сгустка. Такое состояние называется черной дырой.

39. Массы ядер 1а.е.м = 1.6606 10 -27 кг.

40. Масса и энергия связи ядра Масса ядра мя всегда меньше суммы масс, входящих в него частиц. Это обусловлено тем, что при объединении нуклонов в ядро выделяется энергия связи нуклонов друг с другом. Энергия связи Е св равна той работе, которую надо совершить, чтобы разделить образующее ядро нуклоны и удалить друг от друга на расстояние, при которых они не взаимодействуют: Е св = с 2 { [Zm p +(A- Z) m n ] - m я }

41. Атомные ядра представляют собой связанные квантовые системы протонов и нейтронов . Свойства атомных ядер определяются совместным действием сильного, электромагнитного и слабого взаимодействий. В настоящее время обнаружено ~ 3000 атомных ядер, представляющих собой различные сочетания чисел протонов Z и нейтронов N. Черными точками показаны стабильные ядра . Область расположения стабильных ядер обычно называют долиной стабильности . Для ядер долины стабильности характерно следующее отношение числа нейтронов к числу протонов: N/Z = 0.98 + 0.015·A 2/3 На диаграмме с левой стороны от стабильных ядер находятся ядра, перегруженные протонами ( протоноизбыточные ядра ), справа - ядра, перегруженные нейтронами ( нейтроноизбыточные ядра ). Эти ядра являются нестабильными (радиоактивными). Они сбрасывают энергию и заряд, испуская либо электроны (отрицательно заряженные бета-частицы), либо позитроны (положительно заряженные бета-частицы) и превращаются в стабильные ядра. Желтым цветом обозначены ядра, для которых возможен альфа-распад .

42. Самыми тяжелыми стабильными изотопами являются изотопы свинца ( Z = 82) и висмута ( Z = 83). Тяжелые ядра наряду с процессами β + - и β¯-распада подвержены также α-распаду и спонтанному делению, которые становятся их основными каналами распада. Пунктирная линия очерчивает область возможного существования атомных ядер. Линия B p = 0 ( B p  энергия отделения протона) ограничивает область существования атомных ядер слева.

43. Линия B n = 0 ( B n  энергия отделения нейтрона)  справа. Вне этих границ атомные ядра существовать не могут, так как они распадаются за характерное ядерное время (~10  23 c) с испусканием одного или двух нуклонов.

46. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД Деление Ядро делится на две части , осколки деления . и 3-4 нейтрона. Например : Cf-252 ( спонтанное) U-235 ( вынужденное )  - распад Ядро испускает  - частицу (He-4). Например : Ra-226, Rn-222  - распад Излишек нейтронов в ядре приводит к его   - распаду n=>p + +e - +  . Например :H-3, C-14, I-131. Излишек протонов в ядре приводит к его   - распаду p + =>n+ e + +  Например : O-1 5 , F-18 Или электронному захвату (EC). p + + e - =>n+  Например : I-125, Tl-201

47. Многие тяжелые ядра с Z > 82 ( Z = 82 имеет свинец) испытывают радиоактивный распад с испусканием альфа-частицы. При распаде выполняется закон сохранения заряда и нуклонов. В альфа-частице удельная энергия связи оказывается больше, чем в тяжелых ядрах и альфа-распад энергетически вполне возможен. Например, ядро урана 238 U испускает альфа-частицы с периодом полураспада 4,5  10 9 лет. Самопроизвольно происходит ядерная реакция 238 U  234 Th + 4 He + 4,2 МэВ .

48. Спустя 4,5  10 9 лет половина ядер 238 U распадается. Разность масс 238 U и продук­тов его распада составляет 4,2 МэВ. Порядковый номер дочернего ядра уменьшается на 2 единицы, а массовое число – на 4. Бета-распад- испускание электронов ( - е) или позитронов ( + е). При распаде выполняется закон сохранения заряда. Распад (-е) осуществляется по схеме: Z Х А -> Z +1 Y A + ( - е 0 ) + .

49. Дочернее ядро имеет массовое число на единицу больше, чем материнское. Простейшим примером бета-распада является превращение свободного нейтрона в протон с периодом полураспада 12 мин: n  p + e  + символ обозначает антинейтрино. (нейтрино обозначают  ).

50. Оказалось, что масса покоя нейтрона больше массы покоя про­тона на 1,3 МэВ; поэтому полная энергия испускаемой пары электрон  нейтрино составляет 1,3 МэВ; 0,5 МэВ идет на массу покоя электрона и 0,8 МэВ остается на кинетическую энергию, которую делят между собой электрон и нейтрино. Распад (+е) осуществляется по схеме: Z Х А -> Z -1 Y A + ( + е 0 ) +  . Дочернее ядро имеет массовое число на единицу меньше, чем материнское. Превращение, например, N 13 в С 13 происходит по этой схеме: 7 N 13 -> 6 C 13 + + е 0 +  .

51. Основные виды радиоактивности 4 Альфа-распад Бета-минус-распад Бета-плюс-распад Электронный (К) захват Спонтанное деление

52. Основные виды радиоактивности 4 Альфа-распад Бета-минус-распад Бета-плюс-распад Электронный (К) захват Спонтанное деление Практически всегда любое радиоактивное превращение сопровождается сильно проникающим гамма-излучением !!!

53. Основные виды радиоактивности 4 Альфа-распад Бета-минус-распад Бета-плюс-распад Электронный (К) захват Спонтанное деление Практически всегда любое радиоактивное превращение сопровождается сильно проникающим гамма-излучением !!!

54. Альфа-распад – первый понятый вид радиоактивности 5 Общее уравнение альфа-распада ядра Х

55. Альфа-распад – часто, тяжёлые ядра, много протонов 6

57. АКТИВНОСТЬ Число распадов в единицу времени 1 Бк ( беккерель )=1 распад в секунду

60. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД Невозможно узнать, в какой момент времени ядро распадется . Однако, можно определить вероятность его распада в некоторый момент времени . Если N – число ядер в образце, то в единицу времени dt распадется dN ядер : Период полураспада – время, за которое активность уменьшится в 2 раза

61. Радиоактивные тяжелые ядра испускает α - частицу Альфа - частица = ядро гелия (He-4) , тяжелая заряженная частица с массой 4 ат. ед. Излишек нейтронов в ядре приводит к его бета - распаду Бета-частица = электрон, масса 0, 00055 ат. ед. Гамма-излучение = электромагнитная волна Ионизирующее излучение

62. ИОНИЗАЦИЯ Ионизирующее излучение - излучение, способное удалить электрон из атома Энергия

65. Виды излучений и их проникающая способность альфа частица частица гамма квант нейтрон БУМАГА МЕТАЛЛ (тяжелые элементы) ЛЕГКИЕ МАТЕРИАЛЫ (пластмассы, бор, графит) ЧЕЛОВЕК бета

66. ПРОХОЖДЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ ЧЕРЕЗ ВЕЩЕСТВО Бета-частицы Альфа-частицы

67. Взаимодействие фотонов с веществом поглощение рассеяние проницание Поглощенная энергия

68. Слой половинного ослабления

69. Поглощение энергии излучения Большая поглощенная энергия на единицу массы Много ионизаций на единицу массы Возрастает риск биологических повреждений

70. Поглощённая доза : энергия излучения, поглощённая в единице массы Единица измерения: 1 Гр (грэй) =1 Дж/кг (1 рад = 0,01 Гр)

72. Эквивалентная доза - H : H = k D k - коэффициент качества излучения пропорционален ОБЭ отн. гамма излучения ; k = 1 для рентгеновского, бета- и гамма-излучения (1-20) единица измерения: 1 Зв = k  1 Гр ( 1 бэр = 0,01 Зв)

73. Эффективная доза E= w 1 H 1 + w 2 H 2 + …. + w 12 H 12 =  w T H T w т – тканевой взвешивающий фактор (0.05-0.20) единица измерения : 1 Зв (зиверт) 1 бэр = 0,01 Зв Е - мера риска возникновения отдаленных последствий облучения с учетом радиочувствительности отдельных его органов и тканей

74. Эффективная доза 1.0 Итого 0.04 0.01 Поверхность кости, головной мозг, слюнные железы, кожа 0.16 0.04 Мочевой пузырь, пищевод, печень, щитовидная железа 0.08 0.08 Гонады 0.72 0.12 Костный мозг (красный), толстая кишка, легкие, желудок, молочная железа, остальные ткани* Σw T w T Ткань, орган

75. ОСНОВНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ДОЗ ПО НРБ-99/2009 Пределы доз для персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А. НРБ-99/2009, п. 3.1.2 15 50 50 150 500 500 Годовая эквивалентная доза, мЗв: хрусталик глаза кожа кисти и стопы 1 мЗв в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год 20 мЗв за любые 5 лет, но не более 50 мЗв в год Годовая эффективная доза внешнего и внутреннего облучения, мЗв Н аселение П ерсонал группы А Пределы доз, мЗв Нормируемые величины

77. Деление ядер Отто Ган (1879-1968) Ф.Штрассман (1902-1980) Лиза Мейтнер (1878-1968) Изучение взаимодействия нейтронов с веществом привело к открытию ядерных реакций нового типа. В 1939 г. О. Ган и Ф. Штрассман исследовали химические продукты, получающиеся при бомбардировке нейтронами ядер урана. Среди продуктов реакции был обнаружен барий ( Z = 56)  химический элемент с массой много меньше, чем масса урана. Как из урана мог образоваться столь легкий элемент? Эта загадка вскоре была решена Лизой Мейтнер. Она предположила, при поглощении нейтронов ураном происходит деление ядра урана на два легких осколка.

78. Л. Мейтнер и О. Фриш , показали, что при поглощении нейтронов ураном происходит деление ядра на два осколка. 92 U + n 56 Ba + 36 Kr + kn , где k > 1. При делении ядра урана тепловой нейтрон с энергией ~ 0,1 эВ освобождает энергию ~ 200 МэВ. Существенным моментом является то, что этот процесс сопровождается появлением нейтронов , способных вызывать деление других ядер урана – цепная реакция деления.

80. Схема устройства атомной электростанции

81. И.В.Курчатов (1903-1960) В СССР первый реактор был запущен в 1946 г. под руководством Курчатова . В 1954 г. в Обнинске начала работать первая в мире атомная электростанция. В настоящее время тепловая и электрическая энергия вырабатывается в сотнях ядерных реакторов, работающих в различных странах мира. В 1 г любого вещества содержится энергии тс 2 = 9  10 13 Дж. Деление 1 г урана сопровождается выделением ~ 9  10 10 Дж. Это почти в 3 млн. раз превосходит энергию 2,9  10 4 Дж сжигания 1 г угля.

82. Схема атомной бомбы «Малыш», сброшенной на Хиросиму. Ядерной взрывчаткой в бомбе служил уран-235, разделенный на две части, масса которых была меньше критической. Необходимая для взрыва критическая масса урана-235 создавалась в результате соединения обеих частей «методом пушки» с помощью обычной взрывчатки .

83. Ядерные реакции, требующие для своего осуществления температур порядка миллионов градусов, называются термоядерными. Вместо жидкого дейтерия в качестве горючего водородной бомбы используется соединение LiD , причем только с изотопом 6 Li . Изотоп 6 Li поглощает нейтроны, возникающие в реакции 2 D + 2 D  3 Не + n ; таким образом, n + 6 Li  3 T + 4 He . Затем тритий (3Т) вступает в реакцию 2 D + 3 T  4 He + n .

84. Происходит выгорание дейтерида лития-6 ( 6 Li 2 D ) с образованием 3 Не, 4 Не и нейтронов. Начавшись, термоядерные реакции сопровождаются выделением энергии, и этим обеспечивается поддержание высоких температур, пока большая часть вещества быстро не «выгорит». Происходит взрыв водородной бомбы.

85. Управляемый синтез. Чтобы с помощью ядерною синтеза получить полезную энергию, термоядерные реакции должны быть управляемыми. Необходимо найти способы создания и поддержания температур миллионы градусов. Одна из технических проблем связана с тем, что высокотемпературный газ, или плазму, нужно удерживать таким образом, чтобы не расплавились стенки соответствующего объема.

86. Конструкция термо­ядерного реактора с магнитным удержанием. Магнитное поле создается сверхпроводящими обмотками

91. КВАРКИ

94. Вопросы?