Конспект уроків з фізики для учнів ІІІ курсів

Урок № 1.Способи вивільнення ядерної енергії: синтез і поділ важких ядер. Ланцюгова реакція.

Мета уроку: познайомити учнів із новим видом ядерної реакції, яка до­зволяє добути велику кількість ядерної енергії. Розвивати образне та критичне мис­лення, творчу уяву. Виховувати почуття відповідальності, праце­любність, самостійність, уважність.

Тип уроку: комбінований урок

Обладнання: плакат, підручник

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Учитель проводить усне опитування учнів.

1. Як охарактеризувати міцність ядер?

2. Як залежить міцність ядер атомів від їхньої енергії зв'язку?

3. Чому ядро Купруму стійке, а ядро Урану нестійке?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

З плином часу наука робила все більше і більше кроків в розвитку різних технологій та найбільш стрімкого епогею за короткий час вона досягла в галузі ядерних технологій. Чому так, та які досягнення вийшли у широкий світ ми з Вами дізнаємось на цьому уроці.

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

1.Фізичні основи ядерної енергетики

2.Енергія зв'язку атомного ядра

3.Нуклони

4.Дефект мас

5.Способи вивільнення ядерної енергії: синтез легких і поділ важких ядер

6.Ядерні реакції

7.Ланцюгова реакція поділу ядер урану

8.Ядерні реакції

V. Вивчення нового матеріалу

Поділ ядер Урану. Атомні ядра, які містять велику кількість нукло­нів, нестійкі й можуть розпадатися. У 1938 році німецькі вчені О. Ган і Ф. Штрассман спостерігали поділ ядра Урану під дією повільних нейтронів. Використання саме нейтронів для поділу ядер зумовлене їх­ньою електронейтральністю. Відсутність кулонівського відштовхування протонами ядра дозволяє нейтронам безперешкодно проникати в атомне ядро. Тимчасове захоплення нейтрона порушує слабку стабільність ядра, зумовлену тонким балансом сил кулонівського відштовхування та ядер­ного притягання. Ті просторові коливання нуклонів збудженого ядра (позначимо ), які виникають, є нестікими. Надлишок нейтронів у центрі ядра означає надлишок протонів на периферії. їхнє взаємне від­штовхування приводить до штучної радіоактивності ізотопу * , тобто до його поділу на ядра меншої маси, які називаються осколками поділу. Причому найбільш імовірним виявляється поділ на осколки, маси яких відносяться приблизно як 2:3 . Більшість великих осколків має масове число. А в межах 135-145, а дрібні -від 90 до 100. У результаті реакції поділу ядра Урану утворюються два або три нейтрони. Одна з можли­вих реакцій поділу ядра Урану проходить за схемою:

Ця реакція проходить із утворенням трьох нейтронів. Можлива реак­ція з утворенням двох нейтронів.

Поділом ядра називається ядерна реакція поділу важкого ядра, збу­дженого захопленням нейтрона, на дві приблизно рівні частини, які на­зиваються осколками поділу.

Оскільки маса спокою важкого ядра більша за суму мас спокою оскол­ків, які виникають під час поділу, то це спричиняє виділення енергії, ек­вівалентної зменшенню маси спокою.

Енергія, що виділяється під час поділу ядра, має електростатичне, а не ядерне походження. Велика кінетична енергія, яку мають осколки, вини­кає внаслідок їхнього кулонівського відштовхування. У разі повного под­ілу всіх ядер, які є в 1 г урану, виділяється стільки ж енергії, скільки і під час згоряння 2,5 т нафти.

Механізм поділу. Процес поділу атомного ядра можна пояснити на
основі краплинної моделі ядра. Згідно із цією моделлю згусток нуклонів
нагадує крапельку зарядженої рідини. Ядерні сили між нуклонами є ко­роткодіючими, подібно до сил, які діють між молекулами рідини. Одно­часно з великими силами електростатичного відштовхування між про­
тонами, які прагнуть розірвати ядро на частини, діють ще більші ядерні
сили притягання. Ці сили утримують ядро від розпаду.

Ядро Ураиу-235 має форму кулі. Поглинувши зайвий нейтрон, ядро збуджується і починає деформуватися, набуваючи витягнутої форми. Ядро розтягується доти, доки сили відштовхування між половинками ви­тягнутого ядра не починають переважати над силами притягання, які ді­ють у перешийку. Після цього ядро розривається на дві частини. Під дією кулонівських сил відштовхування ці осколки розлітаються зі швидкістю, яка дорівнює 1/30 швидкості світла.

Ланцюгова реакція поділу. Будь-який з нейтронів, що вилітає з ядра
в процесі поділу, може у свою чергу викликати поділ сусіднього ядра, яке
також випускає нейтрони, здатні викликати подальший поділ. У результаті кількість ядер, які діляться, дуже швидко збільшується. Виникає ланцюгова реакція.

Ланцюговою ядерною реакцією називається реакція, у якій нейтрони утворюються як продукти цієї реакції.

Суть цієї реакції полягає в тому, що випущені під час поділу одного ядра N нейтронів можуть викликати поділ N ядер, у результаті чого буде випущено N² нових нейтронів, які викличуть поділ N² ядер, і т. д. Отже, кількість нейтронів, які народжуються в кожному поколінні, зростає в геометричній прогресії. У цілому процес носить лавоподібний харак­тер, проходить досить швидко й супроводжується виділенням величезної кількості енергії.

Швидкість ланцюгової реакції. Критична маса. Швидкість ланцюгової
реакції поділу ядер характеризують коефіцієнтом розмноження нейтронів.

Коефіцієнт розмноження нейтронів k - відношення кількості ней­тронів на даному етапі ланцюгової реакції до їхньої кількості на поперед­ньому етапі.

Якщо k > 1 , то кількість нейтронів збільшується з часом або залиша­ється сталим і ланцюгова реакція йде.

Якщо k < 1, то кількість нейтронів зменшується і ланцюгова реакція неможлива.

Якщо k =1, то реакція проходить стаціонарно: кількість нейтронів ли­шається незмінною. Цю рівність необхідно підтримувати з великою точні­стю. Уже в тому випадку, коли k = 1,01, майже миттєво відбудеться вибух.

Кількість нейтронів, які утворюються під час поділу ядер, залежить від об'єму уранового середовища. Чим більший цей об'єм, тим більша кількість нейтронів виділяється під час поділу ядер. Починаючи з деякого мінімального критичного об'єму Урану, який має певну критичну масу, реакція поділу ядер стає самопідтримувальною.

Дуже важливим фактором, який впливає на хід ядерної реакції, є наяв­ність сповільнювача нейтронів. Справа в тому, що ядра Урану-235 діляться під дією повільних нейтронів. А під час поділу ядер утворюються швидкі ней­трони. Якщо швидкі нейтрони сповільнити, то значна їх частина захопиться ядрами Урану-235 з подальшим поділом цих ядер. Графіт, вода, важка вода та деякі інші речовини використовуються як сповільнювачі нейтронів.

Для чистого Урану . ядро якого має форму кулі, критична маса приблизно дорівнює 50 кг. При цьому радіус кулі становить приблизно 9 см. Застосовуючи сповільнювач нейтронів і оболонку з Берилію, яка від­биває нейтрони, вдалося знизити критичну масу до 250 г.

Основні елементи ядерного реактора.

Ядерним реактором називається пристрій, у якому виділяється те­плова енергія в результаті керованої ланцюгової реакції поділу ядер.

Уперше керована ланцюгова реакція поділу ядер Урану була здійснена 1942 року в США під керівництвом італійського фізика Е. Фермі. Ланцю­гова реакція з коефіцієнтом розмноження нейтронів k = 1,0006 тривала протягом 28 хвилин, після чого реактор зупинили.

Головними елементами ядерного реактора є:

- ядерне пальне (, , );

- сповільнювач нейтронів (важка вода, графіт тощо);

- теплоносій для виведення енергії, що утворюється під час роботи ре­актора (вода, рідкий натрій та ін.);

- пристрій для регулювання швидкості реакції (стрижні, які вводять­ся в робочий простір реактора та містять речовини, що добре погли­нають нейтрони).

Ядерне пальне розміщене в активній зоні у вигляді вертикальних стрижнів, які називаються тепловиділяючими елементами (ТВЕЛ). ТВЕЛи призначені для регулювання потужності реактора.

Маса кожного паливного стрижня значно менша за критичну, тому в одному стрижні ланцюгова реакція відбуватися не може. Вона почина­ється після занурення в активну зону всіх уранових стрижнів.

Активна зона оточена шаром речовини, яка відбиває нейтрони (відби­вач), і захисною оболонкою з бетону, котрий затримує нейтрони й інші частинки.

Керування реактором здійснюється за допомогою стрижнів, які мі­стять кадмій чи бор. Коли стрижні виведені з активної зони реактора, k > 1, а коли повністю введені - k < 1. Вводячи стрижні всередину актив­ної зони, можна в будь-який момент часу призупинити розвиток ланцюго­вої реакції. Керування ядерними реакторами здійснюється дистанційно за допомогою ЕОМ.

Реактор на повільних нейтронах. Найбільш ефективний поділ ядер Урану відбувається під дією повільних нейтронів. Такі реактори на­зиваються реакторами на повільних нейтронах. Вторинні нейтрони, які утворюються в результаті реакції поділу, є швидкими. Для того щоб їхня наступна взаємодія з ядрами Урану в ланцюговій реакції була най­більш ефективною, їх сповільнюють, вводячи в активну зону сповільню­вач - речовину, яка зменшує кінетичну енергію нейтронів.

Реактор на швидких нейтронах. Оскільки ймовірність поділу, ви­кликаного швидкими нейтронами, мала, то реактори на швидких нейтро­нах не можуть працювати на природному урані. Реакцію можна підтри­мувати лише в збагаченій суміші, яка містить не менше ніж 15 % ізотопу . Перевага реакторів на швидких нейтронах у тому, що під час їхньої роботи утворюється значна кількість Плутонію , який потім можна використовувати як ядерне паливо. Ці реактори називаються реакторами-розмножувачами, оскільки вони відтворюють матеріал, який ділиться.

Перетворення внутрішньої енергії атомних ядер на електричну енергію. Ядерний реактор є основним елементом атомної електростанції (АЕС), яка перетворює теплову ядерну енергію на електричну. У ре­зультаті поділу ядер у реакторі виділяється теплова енергія. Ця енергія перетворюється на енергію пари, яка обертає парову турбіну. Парова турбіна, у свою чергу, обертає ротор генератора, котрий виробляє елек­тричний струм.

Таким чином, перетворення енергії відбувається за такою схемою: вну­трішня енергія ядер Урану -> кінетична енергія нейтронів і осколків ядер -» внутрішня енергія води -> внутрішня енергія пари -» кінетич­на енергія пари -> кінетична енергія ротора турбіни та ротора генера­тора -» електрична енергія.

З кожним актом поділу виділяється близько 3,2 10¹¹ Дж енергії. Тоді потужності 3000 МВт відповідає приблизно 10¹⁸ актів поділу за секунду. Під час поділу ядер стінки ТВЕЛів сильно нагріваються. Відведення теп­ла з активної зони здійснюється теплоносієм - водою. У потужних реак­торах зона нагрівається до температури 300°С . Щоб уникнути закипан­ня, воду виводять з активної зони в теплообмінний пристрій під тиском порядку 10⁷ Па. У теплообміннику радіоактивна вода (теплоносій), яка циркулює в першому контурі, віддає тепло звичайній воді, що циркулює в другому контурі. Передане тепло перетворює воду в другому контурі на пару. Ця пара з температурою близько 230°С під тиском 3 10⁶ Па на­правляється на лопатки парової турбіни, а вона обертає ротор генератора електричної енергії.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. Чому нейтрони виявляються найбільш зручними частинками для бом­бардування атомних ядер?

2. Що відбувається, коли нейтрон влучає в ядро Урану?

3. Чому під час поділу ядер Урану виділяється енергія?

4. Від чого залежить коефіцієнт розмноження нейтронів?

5. У чому полягає керування ядерною реакцією?

6. Для чого потрібно, щоб маса кожного уранового стрижня була меншою від критичної маси?

2. Домашнє завдання

Виконати завдання:

1. Згоряє шматок паперу. Чи є це горіння ланцюговою реакцією? Хіміч­ною чи ядерною?

2. Ядро Урану поглинає один нейтрон і ділиться на два осколки й чо­тири нейтрони. Один з осколків - ядро . Ядром якого ізотопу є другий осколок?

Урок № 2. Рентгенівське випромінювання. Праці Пулюя. Властивості та види випромінювань.

Мета уроку: Познайомити учнів з історією відкриття рентгенівського випромінювання, роботами Рентгена та Пулюя, використанням в техніці та житті людини рентгенівського випромінювання, властивостями ультрафіолетового та інфрачервоного випромінювань. Розвивати світогляд учнів щляхом вивчення нових відомостей про властивості матерії. Виховувати спостеражливість та вміння робити узагальнення.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань, вмінь та навичок.

Обладнання: комплект обладання для вивчення хвильової оптики.

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

А зараз давайте пригадаємо, що ми знаємо про газорозрядну трубку?

Пригадаєте, як називається негативний і позитивний електроди ?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

В кінці XIX століття загальну увагу фізиків привернув газовий розряд при малому тиску. Природа променів, які випускав катод була невстановлена і дуже багато учених, у тому числі і Рентген, намагалися з'ясувати це питання.

Рентген звернув увагу, що фотопластина поблизу розрядної грубки виявилася засвіченою якщо навіть була загорнута в чорний папір.

Але більше всього його уразило інше.

8 листопада 1885 рік. Вечір. Рентген опускається перед сном попрацювати в свою лабораторію, яка знаходилася поверхом нижче в тій же будівлі.

У темноті лабораторії поряд з розрядною трубкою світиться люминесцентный екран, покритий кристалами платино-синеродистого барію. На екран не падало світло та і трубка була закрита чорним ковпаком.

• Як ви думаєте, чому світився екран ?

• Які види випромінювань вам відомі ?

У цей момент Рентген пригадав, що вдень забув вимкнути розрядну трубку. Клацання вимикача, трубка згасла і разом з нею згас екран.

- Так чому світився екран ?

Рентген знову включив електроживлення і почав відсовувати екран від трубки на відстань 1,5 - 2 м. Екран продовжував світитися, причому, коли Рентген тримав руку між трубкою, то на екрані видно були тіні кісток його руки.

Учений зрозумів, що при роботі розрядної трубки виникає якесь невідоме раніше випромінювання, при цьому сильно проникаюче. Він назвав його Х- променями, згодом їх назвали рентгенівськими.

• Ось перший в світі рентгенівський знімок, який обійшов всі газети світу. На ньому відображено кисть руки дружини Рентгена з обручкою.

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

ПЛАН

1.Рентгенівське випромінювання

2.Праці І.Пулюя

3.Застосування рентгенівського випромінювання в науці, техніці, медицині, на виробництві

V. Вивчення нового матеріалу

Відкриття Вільгельма РентгенаНа самому початку 1896 року всі університети і академії світу були розбурхані сенсаційною новиною: якийсь Вільгельм Конрад Рентген, мало кому відомий німецький професор, відкрив якесь нове проміння, яке володіло чудовими властивостями.

Людське око не помічало їх, але вони діяли на фотографічну пластинку, і з їх допомогою вдавалося робити знімки навіть в цілковитій темряві. Крім того, про присутність цього проміння можна було дізнатися ще от яким чином: якщо на їх шляху ставили паперовий або скляний екран, покритий особливим хімічним складом, то екран починав яскраво світитися - фосфоресціювати. А найдивніше було те, що нове проміння більш чи менш свобідно проходило через будь-які предмети, як світло через скло. Вони проникали крізь щільно закриті двері, крізь глухі перегородки, крізь одяг і людське тіло. Якщо їм перегороджували шлях кистю руки, то на екрані, що світиться, з'являлися темні контури кісток - рука скелета, що ворушить пальцями!

Рентгенівський знімок скриньки з і кистю руки

Поважні люди - в сюртуках, застебнутих на всі гудзики, в крохмальних манишках - могли побачити на екрані свої ребра, хребетний стовп, тінь всього свого скелета, а заразом вже і годинник в жилетній кишені або монети в гаманці, захованому в брюках. Знайшлися зразу ж люди, які здогадалися застосувати нове проміння для практичної мети. В Америці, наприклад, вже на четвертий день після того, як стало відомо про відкриття Рентгена, якийсь лікар скористався цим промінням, щоб встановити, чи застрягла куля в тілі пораненого, його пацієнта.
Але фізиків відкриття Рентгена зацікавило ще більше, ніж лікарів. Фізики хотіли знати, що це за проміння, чи схожі вони по своїй природі із звичайним світловим промінням, чи ні, і яким чином вони виникають, що викликає їх появу. З вуст у вуста передавалися подробиці про те, як Рентген зробив своє відкриття. Він вивчав у себе в лабораторії явища, що відбуваються в трубці Крукса. Це скляна трубка, з якої відкачується повітря. Усередині неї на обох кінцях упаяні металеві електроди. Якщо підвести до них струм, то усередині трубки, в розрідженому повітрі між обома електродами, відбувається електричний розряд. При цьому повітря і стінки трубки світяться холодним світлом.

Рентген якось поклав недалеко від круксової трубки пачку непроявлених фотографічних пластинок, загорнених в чорний папір. Коли він потім став їх проявляти, то виявилося, що вони засвічені. Це повторювалося не раз; свіжі, абсолютно незаймані пластинки, щільно закриті чорним папером, незмінно псувалися, якщо вони лежали поблизу від трубки Крукса. Сам Крукс і інші дослідники, що мали справу з розрядними трубками, ще задовго до Рентгена звернули увагу на цю обставину, але вони не надавали йому значення. Пластинки засвічуються. Добре, триматимемо їх подалі від трубки, - вирішували вони. А Рентген цим не задовольнився - він став експериментувати, шукати, в чому тут справа.

Одного разу Рентген працював з круксовою трубкою, обернувши її зовні чорним картоном. Коли він, йдучи з лабораторії, погасив світло, то знайшов, що забув вимкнути індукційну катушку, приєднану до трубки Крукса. Не запалюючи світла, він повернувся до столу, щоб виправити свою помилку. В цей час він помітив, що осторонь, на одному з сусідніх столів, щось світиться неяскравим холодним світлом. В тому місці, де спалахувало світло, лежав лист паперу, покритий платиносинеродним барієм. Ця речовина володіє здатністю фосфоресціювати: коли на неї зі сторони спрямовують сильне світло, воно починає випромінювати власне холодне світло.

Але ж в лабораторії було темно! Слабке холодне світло круксової трубки не могло викликати фосфоресценції складу, що світиться. Крім того, трубка була закрита чорним картоном. Що ж примушувало спалахувати фосфоресціюючий екран в темряві? Згодом Рентгена питали:

- Що ви думали, коли набрели на ці загадкові явища?

- Я не думав, я експериментував, - відповів він. Він експериментував, він настирно і майстерно допитував природу і врешті-решт знайшов нове проміння.

Скромний Рентген назвав їх ікс-променями, щоб підкреслити, що він ще сам точно не знає істинної їх природи. І от десятки його товаришів по науці в різних країнах заквапилися доповнити те, чого не доказав Рентген. В наукових журналах з'явилися незліченні звіти про досліди з ікс-променями - про їх властивості і про їх походження. В поспіху і запалі збудження деяким дослідникам показалося навіть, ніби вони відкрили ще нове проміння. Посипалися повідомлення про якесь «зет-проміння», «чорне світло». «Променева» лихоманка охопила всі наукові лабораторії Європи і Америки.

2. Рентгенівське проміння

Рентгенівське випромінювання - електромагнітне іонізуюче випромінювання з довжиною хвилі l=10^-4 - 10³Å. Рентгенівське проміння умовно поділяють на м'яке (l>2Å) і жорстке (l<2Å). Залежно від механізму виникнення розрізняють гальмівне рентгенівське проміння і характеристичне. Гальмівне виникає при різкому гальмуванні рухомих заряджених частинок і характеризується неперервним спектром частот. Характеристичне рентгенівське проміння виникає після іонізації атома з викиданням електрона однією з його внутрішніх оболонок. Ця іонізація може бути результатом зіткнення атома з швидкою частинкою (первинне рентгенівське проміння) або поглинання атомом фотона (флуоресцентне рентгенівське проміння). Характеристичне рентгенівське проміння має лінійчастий спектр частот, характерний для атомів кожного елемента. Найпоширенішими джерелами рентгенівського проміння є рентгенівські трубки (двохелектродні електровакуумні прилади, в яких рентгенівське проміння отримують, бомбардуючи анод швидкими електронами) і синхротрони. Природні джерела рентгенівського проміння - деякі радіоактивні ізотопи, Сонце та ін. космічні об'єкти. Рентгенівське проміння дифрагує, заломлюється, розсіюється, здатне до повного відбиття, має велику проникну здатність. Спричинює люмінесценцію деяких речовин, іонізацію, фотоефект тощо. Дозу випромінювання рентгенівського проміння вимірюють у рентгенах. Рентгенівське проміння реєструють за допомогою іонізаційних камер, лічильників Гейгера-Мюллера, сцинтиляційних лічильників та ін. пристроїв.

Рентгенівські спектри

Рентгенівські спектри - спектри випромінювання та поглинання електромагнітних хвиль, довжина яких становить 10^-4 - 10³ Å, тобто в інтервалі рентгенівського проміння. Рентгенівські спектри поділяють на неперервні (гальмівні) та лінійчасті (характеристичні). Частинка при гальмуванні може віддавати (випромінювати) довільну частину своєї енергії. Тому рентгенівський спектр, що характеризує таке випромінювання, є неперервним. Довжина його найкоротшої хвилі відповідає випадку, при якому вся кінетична енергія загальмованої частинки переходить в енергію рентгенівського фотона. Неперервний рентгенівський спектр є частково поляризованим, а його інтенсивність зростає із збільшенням кінетичної енергії частинки. Рентгенівський спектр, що характеризує енергетичні переходи внутрішніх електронів атома, є лінійчастим. Його лінії поєднують у серії, що їх позначають літерами K, L, M та ін. відповідно до електронних шарів. Лінійчастий рентгенівський спектр є неполяризованим, а інтенсивність його ліній визначається правилами добору. За частотою лінійчастого рентгенівського спектру, використовуючи закон Мозлі, визначають порядковий номер хімічного елемента. Рентгенівський спектр застосовують зокрема в рентгеноструктурному аналізі, спектральному аналізі.

Рентгенівське знімання

Рентгенівське знімання - одержання на світлочутливому матеріалі або магнітній стрічці тіньового зображення об'єктів, просвічуваних рентгенівським промінням. Розрізняють рентгенівське знімання прямим та непрямим способами.

За прямим способом рентгенівське проміння проходить через об'єкт знімання і безпосередньо потрапляє на світлочутливий матеріал: спеціальну (рентгенівську) плівку або пластинку зі спектральною чутливістю в діапазоні довжин хвиль 1-100 нм. Зображення, зареєстроване в такий спосіб (рентгенограма), характеризується високою різкістю, проте розмір об'єкта не може бути за формат світлочутливого матеріалу. Щоб різкість зображення при рентгенівському кінозніманні не зменшилась (через переміщування плівки), об'єкт просвічують лише в період експонування кадру. З цією метою на керуючу сітку триелектродної рентгенівської трубки (джерела проміння) рентгенівського апарату подають імпульси струму від комутатора, пов'язаного зі стрічкопротяжним механізмом кінознімального апарату. Частота кінознімання - від одиниць до 100 тис. кадрів/с (високошвидкісне рентгенівське знімання), час експонування кадру - 15 нс і більше.

За непрямим способом рентгенівського знімання зображення, створене рентгенівським промінням на флуоресціюючому екрані рентгенівського апарату (роздільна здатність екрану 2-3лінії/мм) знімається з екрану фото- чи кіноапаратом на флуорографічну плівку (з спектральною чутливістю в діапазоні довжин хвиль 400-600 нм) або реєструється на магнітній стрічці відеомагнітофона. Яскравість зображення на екрані посилюють електронно-оптичними перетворювачами, перетворювачами такого типу з телевізійними системами та іншими способами. Рентгенівське знімання поряд з іншими видами знімання у невидимому промінні (інфрачервоному, ультрафіолетовому) застосовують при дослідженнях внутрішньої будови об'єктів у медицині, біології, дефектоскопії.

Рентгенівський апарат

Рентгенівський апарат - сукупність технічних засобів для одержання і використання рентгенівського проміння. В складі рентгенівського апарату виділяють живильний пристрій (пульт керування, високовольтний випрямний пристрій), рентгенівський випромінювач (рентгенівська трубка у металевому кожусі), пристрої для візуалізації і реєстрації рентгенівського зображення (приймачі випромінювання - флуоресціюючий екран, касета з плівкою, електрографічні пластини та ін.), штативний пристрій, пристрої для формування поля випромінювання (відсіюючі гратки, діафрагми, тубуси, автоматичні реле експозиції). Висока напруга на рентгенівську трубку подається по високовольтних кабелях або безпосередньо з трансформатора. В останньому випадку трубка і трансформатор перебувають в одному блоці. З метою посилення яскравості зображення і зниження дози опромінення застосовують електронно-оптичні перетворювачі або підсилювачі (ЕОП) та телевізійні установки. З екрану ЕОП і телевізора можна знімати зображення на кіно-, рентгенівську та магнітну плівки. За призначенням рентгенівські апарати поділяють на медичні (для рентгенодіагностики та рентгенотерапії) і технічні (для рентгенівської дефектоскопії, структурного рентгенівського аналізу). Залежно від конструкції і умов експлуатації рентгенівські апарати бувають стаціонарні, пересувні та переносні. Напруга на рентгенівській трубці залежить від призначення апарату і в діагностичних становить 35 - 150 кВ, в апаратах для дефектоскопії - до 2000 кВ, а сила струму - від 2 до 1000 мА. Для фіксації на плівці швидкоплинних процесів служать імпульсні апарати, в яких сила струму досягає 4000 А. Рентгенівські апарати обладнані системами електричного та радіаційного захисту.

Рентгенодіагностика

Рентгенодіагностика - розпізнавання ушкоджень і захворювань людини та тварин за допомогою рентгенівського проміння на основі даних рентгенологічного дослідження. Рентгенодіагностика базується на властивостях рентгенівського проміння проникати крізь непрозорі тіла. В основі рентгенодіагностики лежать два основні методи - рентгеноскопія та рентгенографія. Рентгенівське проміння проникає крізь тіла по-різному, залежно від довжини хвилі проміння, коефіцієнта поглинання його різними речовинами, товщини об'єкту; це також стосується і тканин людського тіла. Наприклад, при дослідженні грудної клітки видно тіні різної інтенсивності - густі тіні (ребра, ключиці, хребці, лопатки), слабші тіні, які зливаються (м'язи, судини, нерви, лімфатичні вузли), і майже прозорі тіні легеневої тканини, тобто на рентгенограмі або екрані видно лише те, що контрастує. Для рентгенодіагностики деяких органів (кісток, серця, легень) є природні умови контрастності; стравохід та органи черевної порожнини мають однакову щільність, тому без штучного контрастування неможливе їх рентгенівське дослідження. Контрастують ці органи після введення в них нешкідливих для організму речовин, що складаються з елементів з великим атомним числом (сірчанокислий барій, сергозин, білітраст тощо) або, навпаки, з малим атомним числом (повітря, кисень та ін. нешкідливі гази). Рентгенодіагностика допомагає з'ясувати наявність перелому кістки, запалення легень, пухлини, локалізацію патологічного процесу і ступінь його розвитку. Повторно досліджуючи хворого за допомогою рентгенівського проміння, можна спостерігати перебіг патологічного процесу.

Рентгеноскопія

Рентгеноскопія (від рентгено... і грецького σκοπέω - розглядаю) - один з основних методів рентгенологічного дослідження, одержання на флуоресціюючому (що світиться) екрані площинного позитивного зображення досліджуваного об'єкта. При рентгеноскопії хворий перебуває між екраном і рентгенівською трубкою. Рентгеноскопія проводиться головним чином при рентгенодіагностиці захворювань внутрішніх органів, розташованих в черевній і грудній порожнинах, що дає можливість під контролем зору вивчати стан і функції цих органів

Рентгенографія

Рентгенографія (від рентгено... і грецького γράφω - пишу) - один з методів рентгенологічного дослідження, який полягає в одержанні тіньового зображення (рентгенограми) органу або частини тіла на рентгенівській плівці при проходженні через них рентгенівського проміння. Під час рентгенографії досліджувана частина тіла хворого між рентгенівською трубкою і алюмінієвою касетою з рентгенівською плівкою. Рентгенографію проводять не менш ніж у двох взаємно перпендикулярних проекціях. На рентгенограмі виявляють деталі, які не можна розгледіти при рентгеноскопії. Метод рентгенографії дає можливість порівняти кілька рентгенограм, зроблених повторно через будь-який час.

Рентгенокімографія

Рентгенокімографія (від рентгено..., грецького κύμα - хвиля і γράφω - пишу) - рентгенологічний метод дослідження, що дає можливість реєструвати на рентгенівській плівці рухи серця, великих судин, шлунку, діафрагми тощо. Апарат для рентгенокімографії (рентгенокімограф) має рухому свинцеву сітку з вузькими щілинами, через які на плівку проектуються окремі ділянки обстежуваного органу. На кімограмі одержують хвилясті лінії або зубці, які відображають рухи органу на ділянці, рівній ширині щілини. Рентгенокімографія допомагає розпізнавати деякі захворювання (аневризму аорти, інфаркт міокарда та ін.). Рентгенокімографію запропонував польський лікар Б. Сабат.

Рентгенотерапія

Рентгенотерапія - один з методів променевої терапії, при якому для лікування використовують рентгенівське проміння. Метою рентгенотерапії є пригнічення життєдіяльності клітин патологічно змінених тканин або повне їх зруйнування, без пошкодження, однак, здорових тканин. При рентгенотерапії враховують, що найчутливішими до рентгенівського проміння є статеві залози, кровотворні органи, лейкоцити, клітини злоякісних пухлин. Кожному хворому визначають індивідуальну дозу опромінювання. Рентгенотерапія широко використовується для лікування захворювань шкіри, слизових оболонок тощо. Часто рентгенотерапію використовують разом з хіміотерапією та лікуванням гормональними препаратами.

Безпечний рентген

Російські учені розробили і запатентували новий спосіб отримання рентгенівських знімків. Унікальність методу в тому, що він дозволяє бачити внутрішню структуру м'яких органів, сильно зменшує час опромінювання рентгеном, при цьому не треба використовувати дорогі контрастні речовини. Безпечна для людини доза складає 5 рентген в рік, а при кожній процедурі флюорографії ми одержуємо 1 рентген, що не дуже-то корисне для організму. Новий метод дозволяє одержувати контрастні знімки всіх м'яких внутрішніх органів і кровоносних судин, а час опромінювання при цьому знижується в 300 разів, в порівнянні із звичайним способом. Крім того, учені пропонують використовувати більш м'який рентген (довжина хвилі 1 ангстрем), що саме по собі безпечніше для живого організму. Новий метод пройшов перевірку на безлічі зразків. Наприклад, дослідники одержали рентгенівські знімки ракової пухлини жіночих грудей. Звичайно, щоб побачити ракову тканину, її необхідно підфарбовувати - це довга і складна операція. А тут просто просвітили і одержали зображення. Більш того, за допомогою математичних методів учені зуміли вирішити зворотну задачу - обчислити коефіцієнти світлозаломлення (величина, яка показує, як сильно заломлюється проміння) об'єкту, що вивчається. А ці коефіцієнти індивідуальні для кожної біологічної тканини: наприклад, вони різні для здорових клітин якого-небудь органу і ракових утворень. Тому, обчисливши коефіцієнт світлозаломлення для, скажімо, кровоносної судини, учені порівнюють його з вже наперед відомою величиною для здорового капіляра і роблять висновок, чи все з ним в порядку. А зараз про неприємне. На жаль, відповідне устаткування ви не знайдете ні в одній клініці, оскільки через нестачу фінансування впровадити цей винахід у виробництво не вдалося.

Іван Пулюй

Народився Іван Пулюй в містечку Гримайлові та тернопільщині 2 лютого 1845 р. Під час навчання в гімназії найбільший хист виявляв до фізики та математики. У 1864 році закінчив навчання з відзнакою. Потім був теологічний факультет Віденського університету, і знову відзнака.

Але на священика не висвятився, переміг потяг до електротехніки. Утім, щоб якось згладити провину перед батьками, які хотіли бачити його священнослужителем, Іван Пулюй пише українською мовою "Молитовник" (1869, 1871), який задумав написати ще 1865 року, навчаючись в гімназії. Разом з Пантелеймоном Кулішем та Іваном Нечуй-Левицьким, всупереч усім заборонам і утискам української мови, готує до друку повний переклад Старого і Нового заповіту.

Ця українська Біблія вперше побачила світ у Відні 1903 року. Електротехнікою І. Пулюй вперше зацікавився 1883 року. Керуючи виробництвом освітлювальних ламп розжарювання власної конструкції в одній з електротехнічних фірм, він видав брошуру з питань масового електричного освітлення. 1885 року в Паризькому журналі "Technische Blatter" вийшла його ґрунтовна стаття з глибоким і широкомасштабним висвітленням проблем електроенергетики, із своїм баченням шляхів розвитку галузі. Саме він твердо відстоював як економічні, так і екологічні переваги концепції будівництва потужних електростанцій змінного струму. Велика заслуга Івана Пулюя полягає у створенні першої в Європі електростанції змінного струму (в Празі) та пуску низки електростанцій постійного струму в Австро-Угорщині. До цього велася пошукова робота та узагальнення.

Як стверджував Пулюй, окрім електростанції, яка мала забезпечити електроенергією прилеглі райони, треба було мати на тому місці природну дешеву силу, наприклад, силу води.

В іншому разі виникає проблема передавання енергії на великі відстані. На той час ще не було відомо про можливості використання трансформаторів. Цю проблему він запропонував розв'язати за допомогою батарей, або так званих акумуляторів, у яких електрична енергія накопичувалася внаслідок хімічної реакції та була джерелом живлення двигуна автомобіля.

Застосування акумуляторів у майбутньому Пулюй вбачав у тому, що їх мали заряджати на центральній станції і транспортувати до віддалених місць для використання за призначенням.

Пізніше у нього виникла ідея організації зв'язку між електростанціями та віддаленими об'єктами за допомогою провідників, внаслідок чого підключені один до одного акумулятори можна було заряджати на електростанціях. Після цього Пулюй відкинув думку про те, що електричний зв'язок металевими провідниками можна налагодити лише з допомогою дуже важких акумуляторів, транспортування яких і до цього часу пов'язано з труднощами. Пулюй стає найавторитетнішим експертом з питань проектування і будівництва електростанцій та електромереж на території Чехії. Крім Празької, що успішно працює до цього часу, він керував спорудженням електростанцій у Цвікаці, Маріенбаді, Францесбаді та інших містах Чехії. Іван Пулюй мав рідкісне поєднання унікальних здібностей експериментатора з високим інтелектом теоретика. Саме завдяки таким ученим наприкінці ХІХ століття й було закладено фундамент новітньої фізики та електротехніки.

У 1909 році він закликав українську інтелігенцію: "Організуйте народні кадри, щоб у тих кадрах високо стояв стяг непорочної честі, і щоб під тим стягом була між людьми єдність і вірність своєму народу, пам'ятаючи, що згода будує, а незгода руйнує… За котрим народом вища культура і освіта, за тим і перемога". Саме таким мислителям-патріотам ми вдячні за зміцнення духу й гартування нації. Своєю науковою і технічною діяльністю він заслужив широке міжнародне визнання. Але до недавнього часу залишався майже невідомим в Україні, на рідній Батьківщині, для кращого майбутнього якої невтомно працював поза її межами впродовж усього життя. Сьогодні великий син України вже повернувся до нас. У 1995 р. на державному рівні відзначено 150-річний ювілей Івана Пулюя. В 1996 р. видано книгу "Іван Пулюй. Збірник праць. з перекладами і передруками його статей і книг. Немає ще книги, яка давала в цілісний і досить повний творчий портрет цієї винятково колоритної постаті в історії науки, техніки, культури і навіть політики. Життя Івана Пулюя пройшло в основному за межами України. Але помислами і добрими справами він залишався серед свого народу, співпереживав за його долю, підносив його велич. За видатні наукові, технічні, організаційні досягнення І.Пулюй отримав різні нагороди, йому було присвоєно почесне звання радника цісарського двору.

Творча спадщина Пулюя вражає своїм розмаїттям у кожній із зазначених вище основних сфер. Пулюй як фізик - це віртуозний конструктор і експериментатор. Він і блискучий популяризатор, що зумів поєднати у своїх лекціях, статтях і брошурах наукову строгість з прекрасним літературним стилем. Найважливіші досягнення Пулюя в галузі фізики стосуються катодних та Х-променів. Пулюєві праці торували шлях до епохальних відкриттів кінця ХІХ століття, а саме Х-променів та електронна як складової частинки атомі усіх речовин.

Великі заслуги Пулюя в дослідженні та практичному використанні самих Х-променів, і це дає підстави вважати його співзасновником рентгенології у широкому сенсі цього поняття - як наука про невидимі Х-промені, їхню природу і сфери застосування. Він домігся найвищої на ой час якості Х-променевих фотографій, опублікованих у європейській пресі. А виконана у США одним з Пулюєвих електровакуумних апаратів рентгенограма вперше у світі зафіксувала перелом людської кінцівки. Іван Пулюй був також одним із піонерів у бурхливому розвитку електротехніки, а отже, і промислової революції на переломі ХІХ і ХХ століть. Окремо треба сказати про напружену і плідну, упродовж усього життя, діяльність Івана Пулюя, спрямовану на національне відродження України. Про ту роль, яку відігравало в його житті служіння українській національній ідеї, можна судити з висловлювання самого Пулюя: "Електротехніка, тая найновіша в величава наука, на котрої полі я чимало потрудився, близька і дорога мому серцю, але ще близша і дорожша наша мова, наша література і доля народу нашого".

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1.Поясните принцип утворення рентгенівських променів?

2.Які властивості мають рентгенівські промені?
3. Застосування рентгенівських променів.

2. Домашнє завдання

Урок №3. Атомне ядро. Ядерні сили

Мета уроку: дати учням уявлення про будову атомного ядра; розглянути сучасні теорії будови атомного ядра; дати уявлення про ядерні сили та енергію зв'язку атомних ядер; розвивати уяву, творче мислення; виховувати працелюбність та наполегливість.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Обладнання: підручник, роздатковий матеріал

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Відкриття складної будови атома - найважливіший етап становлення сучасної фізики, який позначився на ньому її наступному розвитку. У процесі створення теорії будови атома, яка пояснила атомні спектри, відкрито нові закони руху мікрочастинок - закони квантової механіки.

Запитання до класу:

1.В чому полягали досліди Резерфорда?

2.Яку модель будови атома запропонував Резерфорд? Чим вона відрізнялась від моделі Томсона?

3. Сформулюйте квантові постулати Бора.

4. Із хімії, що ви знаєте про будову атома?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Усі тіла навколишньої живої й неживої природи складаються з дрібних частинок- атомів: Першими, хто висловив припущення про це, вважаються давньогрецькі філософи Левкіпп і Демокріт. Саме вони назвали атомом дрібну неподільну частинку, що утворює речовину. Вони вважали, що речовини утворюються в результаті зіткнення атомів і появи зв'язків між ними. Ні природу, ні механізм утворення цих зв'язків вони не уточнювали, зате зробили припущення про форму атомів. Вони вважали, що атоми мають форму правильних багатогранників: куба («атоми землі»), тетраедра («атоми вогню»), октаедра («атоми повітря»), ікосаедра («атоми води»).

Більше двадцяти століть знадобилося вченим для того, щоб експериментально підтвердити атомістичну теорію будови речовини. Остаточно ця ідея утвердилася в науці в другій половині дев'ятнадцятого століття. До початку двадцятого століття фізики вже мали досить інформації про масу й розміри атома. На той час стало зрозумілим, що атоми не є дрібними частинками в складі речовини. Вони мають певну внутрішню структуру, розгадка якої дозволила б пояснити періодичність властивостей хімічних елементів. Однак тільки експерименти англійського фізика Ернеста Резерфорда стали основою для створення сучасної протонно-нейтронної моделі атома.

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

ПЛАН

1. Розщеплення ядра. Протон.

2. Сучасні теорії будови атомного ядра

3. Ядерні сили

V. Вивчення нового матеріалу

1. Розщеплення ядра. Протон.

У 1919 році Резерфорд зробив чергове сенсаційне відкриття. Йому вдалося розщепити ядро.

Вивчаючи зіткнення а-частинок із легкими атомами, Резерфорд встановив, що при ударі а-частинки об ядро Гідрогену воно збільшує свою швидкість у 1,6 разу й відбирає 64 % енергії а-частинки. У результаті зіткнень атомів Нітрогену з а-частинками виходять частинки з максимальним пробігом, що відповідає пробігу атомів Гідрогену.

«З отриманих досі результатів, - писав Резерфорд, - важко уникнути висновку, що атоми з великим пробігом, які виникають при зіткненні а-частинок з Нітрогеном, є не атомами Нітрогену, але, цілком ймовірно, атомами Гідрогену або атомами з масою 2. Якщо це так, то ми повинні визнати, що атом Нітрогену розпадається унаслідок величезних сил, які розвиваються при зіткненні зі швидкою α-частинкою, і що атом Гідрогену, який звільняється, утворює складову частину атома».

Так була уперше висловлена думка про те, що ядра Гідрогену є основною частиною ядер атомів. Пізніше для позначення ядер Гідрогену був запропонований термін «протон».

Великим кроком до встановлення будови атома стала гіпотеза Марії Склодовської-Кюрі про те, що до складу ядра входять електрони. Спираючись на неї, Резерфорд припустив, що в природі існують ядра з масою одного, двох і трьох ядер Гідрогену, але з нульовим зарядом.

Резерфорд писав, що йому «здається досить правдоподібним, що один електрон може зв'язати два Н-ядра і, можливо, навіть і одне Н-ядро. Якщо справедливим є перше припущення, то воно вказує на можливість існування атома з масою близько 2 і з одним зарядом. Таку речовину потрібно розглядати як ізотоп Гідрогену. Друге припущення містить у собі думка про можливості існування атома з масою 1 і нуклеарним зарядом, що дорівнює нулю. Подібні утворення видаються цілком можливими». Так була висловлена гіпотеза про існування нейтрона і важкого ізотопу Гідрогену.

2. Сучасні теорії будови атомного ядра.

Протонно-нейтронна модель ядра.

Сьогодні фізики усього світу користуються теорією про те, що ядро складається з елементарних частинок - протонів і нейтронів. Уперше таке припущення висловив у 1932 році радянський фізик Д. Д. Іваненко. Однак протонно-нейтронна модель ядра не відразу була прийнята ученими. Навіть Резерфорд стверджував, що нейтрон - лише складне утворення протона й електрона. У 1933 році Іваненко виголосив доповідь про моделі ядра, відстоюючи протонно-нейтронну теорію. Він спирався на те, що в ядрі є тільки важкі частинки. Іваненко відкинув ідеї про складну структуру нейтрона й протона. На його думку, обидві частинки повинні мати однаковий ступінь елементарності, тобто і нейтрон, і протон можуть переходити один в одного. Надалі протон і нейтрон почали розглядатися як два стани однієї частинки - нуклона, й ідея Іваненко стала загальноприйнятою, а незабаром у складі космічних променів була відкрита ще одна елементарна частинка - позитрон.

Зараз протонно-нейтронна модель ядра вже не викликає сумнівів. Крім того, протягом довгого часу існувала гіпотеза про те, що в ядрі можуть знаходитися також і електрони. Однак вона мала дуже багато протиріч і не була підтверджена експериментально. Так, відповідно до цієї гіпотези, масове число повинно відповідати загальній кількості протонів у ядрі, а різниця масового числа й кількості електронів повинна дорівнювати зарядові ядра. Ця модель не суперечила значенням ізотопних мас і зарядів, однак не погоджувалася зі значеннями магнітних моментів ядер, спінів й енергій зв'язку ядра.

Краплинна модель ядра

Краплинна модель ядра була запропонована в 1936 році Бором і Френкелем. Вона ґрунтувалася на аналогії між поведінкою нуклонів у ядрі та поведінкою молекул у краплі рідини. В обох випадках сили, що діють між складовими частинками рідини (молекулами) і ядра (нуклонами), є короткодіючими, і їм властиве насичення. Для краплі рідини при постійних зовнішніх умовах характерною є постійна густина речовини. Ядра ж характеризуються практично постійною питомою енергією зв'язку і постійною густиною, що не залежить від числа нуклонів у ядрі. Нарешті, розмір краплі, як і розмір ядра, пропорційний до числа частинок. Однак ця модель представляє ядро як краплю електрично зарядженої нестисливої рідини з густиною, що дорівнює ядерній. Ця рідина підпорядковується законам квантової механіки. Краплинна модель ядра дозволила одержати напівемпіричну формулу для енергій зв'язку нуклонів у ядрі, пояснила механізм ядерних реакцій і особливо добре описала реакції розподілу ядра. Однак вона не пояснює підвищену стійкість ядер, що містять магічні числа протонів і нейтронів.

Оболонкова модель ядра.

У 50-х роках двадцятого століття американець М. Гепперт-Майер і німець X. Йенсен виступили з оболонковою моделлю ядра. Відповідно до неї розподіл нуклонів у ядрі відбувається за дискретними енергетичними рівнями (оболонками), що заповнюються нуклонами відповідно до принципу Паулі. До того ж вона пов'язала заповнення цих рівнів зі стійкістю ядер. Вважається, що ядра з повністю заповненими оболонками є найбільш стійкими. Такі особливо стійкі (магічні) ядра справді існують. Це ядра, в яких число протонів або число нейтронів дорівнює одному з магічних чисел (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126).

Оболонкова модель ядра дозволила пояснити спіни і магнітні моменти ядер, різну стійкість атомних ядер, а також періодичність змін їхніх властивостей. Ця модель особливо добре описує легкі й середні ядра, а також ядра в основному (незбудженому) стані.

У міру подальшого нагромадження експериментальних даних про властивості атомних ядер з'являлися нові факти, які не завжди вкладалися в рамки описаних моделей. Так виникли узагальнена модель ядра (синтез краплинної й оболонкової моделей), оптична модель ядра (пояснює взаємодію ядер із частинками, що налітають) і багато інших.

Український фізик Іваненко і німецький фізик Гейзенберг 1932 року незалежно один від одного запропонували протонно-нейтронну модель ядра, згідно з якою ядро складається із протонів і нейтронів. Оскільки атом в цілому електронейтральний, а заряд протона дорівнює модулю заряду електрона, то число протонів у ядрі дорівнює числу електронів в атомній оболонці. Відповідно число протонів в ядрі дорівнює атомному номеру елемента в періодичній системі елементів Менделєєва. А кількість нейтронів дорівнює різниці між атомною масою ізотопу і значенням порядкового номера.

Суму числа протонів Z і числа нейтронів N називають масовим числом А; воно дорівнює:

A = Z + N.

Маси протонів і нейтронів приблизно однакові і дорівнюють 1 а. о. м. Маса електрона набагато менша від маси ядра. Визначити число протонів і нейтронів в ядрі атома дуже просто. Наприклад:

Усі хімічні елементи, які знаходяться в одному рядку таблиці елементів Менделєєва, мають однакові хімічні властивості, але фізичні властивості їх трохи відрізняються. Такі елементи називаються ізотопами. Ізотопи мають ядра атомів з одним і тим самим значенням Z, але різними кількостями N. Натепер відомо ізотопи всіх хімічних елементів. Наприклад, водень має три ізотопи:

1. - водень звичайний - основний ізотоп стабільний.

2. - дейтерій (тяжкий водень); входить як домішка до природного водню її вміст становить (1/4500 частину).

3. - надтяжкий водень - тритій; отримують штучним шляхом, β - радіоактивний.

3. Ядерні сили

Між протонами і нейтронами в ядрі діють значні сили кулонівського відштовхування, але ядро не розлітається, оскільки протони і нейтрони в ядрі утримують могутні ядерні сили. Це най потужніші сили в природі, що є мірою сильної взаємодії. Їх характерна особливість - вони діють на дуже малих відстанях, що приблизно дорівнюють розміру ядра (10^-12 - 10^-13 см).

Щоб вибити нуклон із ядра, потрібно виконати величезну роботу, тобто передати ядру енергію зв'язку. Це - енергія, яка потрібна для повного розщеплення ядра на нуклони, або енергія, яка виділяється під час утворення ядра із окремих частинок.

Оскільки остаточну теорію ядерних сил поки що не створено, то енергію зв'язку розраховують за формулою Ейнштейна:

E = mc².

Але точні вимірювання мас ядер показують, що

M_я < Zm_p + Nm_n,

Існує так званий дефект мас:

ΔM = Zm_p + Nm_n - M_я.

Підставивши значення дефекту мас в рівняння для енергії, отримаємо формулу для визначення енергії зв'язку:

E_зв = ΔMс² = ( Zm_p + Nm_n - M_я)·с².

Ядра, з частинок, під дією ядерних сил на малих відстанях прямують одна до одної з величезним прискоренням. Випромінювані при цьому γ - кванти мають енергію E_зв і масу .

Природно, що енергія зв'язку різних ядер може бути різною. Проте якщо віднести її до числа нуклонів, то спостерігається певна іалежність питомої енергії зв'язку нуклона в ядрі від масового числа атома А (див. мал.).

Важливу інформацію про властивості ядер містить залежність енергії зв'язку від масового числа А, тобто питома енергія зв'язку.

Розглянемо графік такої залежності. Спочатку крива різко зростає і досягає максимуму в ізотопів елементів з нуклон масовим числом від 50 до 60 (Ферум і близькі до нього елементи).

Відношення називається питомою енергією зв'язку

У міру подальшого збільшення масового числа атома крива починає плавно спадати, посягаючи значення в Урану ²³⁸₉₂U. Такий вигляд кривої зумовлений закономірностями забудови ядерних оболонок протонами і нейтронами. Проте оболонкова модель ядра неспроможна пояснити характер забудови всіх елементів. Зокрема, вона непридатна для важких елементів, де істотними стають електростатичні сили взаємодії протонів.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. Які відкриття дали поштовх розвитку ядерної фізики?

2. Дайте стислу характеристику протона і нейтрона. Чим вони різняться між собою?

3. Що таке ізотопи?

4. Що таке нуклон? Як визначити число протонів і нейтронів у ядрі атома за допомогою таблиці Менделєєва?

5. Наведіть опис оболонкової моделі ядра атома.

6. У чому полягає суть принципу Паулі?

7. Схарактеризуйте ядерні сили. Які пари нуклонів можуть брати участь у сильній взаємодії?

8. Які види фундаментальних взаємодій виявляються в атомному ядрі? Який внесок кожної з них?

9. Яка природа ядерних сил?

10. Чому виникає дефект мас? Чим це можна пояснити?

11. Яка залежність питомої енергії зв'язку нуклонів у ядрі атома від масового числа в природі?

2. Домашнє завдання

Урок №4. . Семінар «Ядерна енергія і екологія»

Мета уроку: ознайомити учнів із ситуацією в атомній енергетиці України; розповісти про ядерний паливний цикл і природний радіаційний фон.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

1. Що розуміють під активністю радіоактивної речовини?

2. Що розуміють під дозою поглиненого випромінювання?

3. Для чого вводиться коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

ПЛАН

1. Атомна енергетика України

2. Ядерний паливний цикл

3. Природний радіаційний фон

4. Граничні дози опромінення

V. Вивчення нового матеріалу

1. Атомна енергетика України

В основі виробництва теплової й електричної енергії лежить процес спалювання викопних енергоресурсів - вугілля, нафти, газу. В атомній же енергетиці вироблення енергії базується на поділі ядер атомів урану й плутонію під час поглинання нейтронів.

Тому використання енергії атомного ядра, розвиток атомної енер-гетики дозволяє знаходити альтернативні шляхи розв'язання цієї проблеми. Відкриття поділу важких ядер під час захоплення нейтронів, яке перетворило наше століття на атомне, зробило помітний внесок до запасів енергетичного викопного палива у вигляді ядерного пального.

Попри обмежене використання таких видів енергетичних ресурсів, як нафта, природничий газ, ядерне паливо й вугілля, потреба в різних видах енергії й палива постійно збільшується. Електроенергетичний комплекс України - це основа функціонування й розвитку національної економіки, забезпечення цивілізованих умов життя суспільства, тому його технічний, технологічний та інтелектуальний потенціал перебуває на досить високому рівні. Будівництво потужних ліній електропередач дає можливість освоєння паливних ресурсів незалежно від віддалення районів споживання.

Розміщення підприємств важкої індустрії, де витрати на паливо складають значну частину собівартості готової продукції, значною мірою залежать від паливного фактора. На територіальну організацію продуктивних сил і на розвиток усього народного господарства помітний вплив чинить електроенергетика, що є складовою частиною паливно-енергетичного комплексу України.

Енергетика має велике районоутворювальне значення. У ряді районів України (Донбас, Наддніпрянщин) вона визначає виробничу спеціалізацію, є основою формування територіально-виробничого комплексу.

Усі електростанції України поділяються на 4 види:

- теплові електростанції, що працюють на твердому, рідкому й газоподібному паливі. Серед них розрізняють конденсаційні й теплоелектроцентралі;

- гідравлічні, що використовують відповідно гідроресурси й поділяються на гідроелектростанції, гідростимуляційні й припливні;

- атомні, що у вигляді палива використовують збагачений уран або інші радіоактивні елементи;

- електростанції, що використовують нетрадиційні джерела енергії. Серед них перспективними є вітрові й сонячні.

До складу енергетичної області України входять: 8 гідроелектростанцій (ГЕС); 44 теплові електростанції (ТЕС); 5 атомних електростанцій (АЕС) - Запорізька, Південноукраїнська, Рівненська,Хмельницька, Чорнобильська.

На п'ятьох атомних станціях України знаходиться 17 енергоблоків, у тому числі: діючих - 14; знятих з експлуатації (№ 1,2 Чорнобильської АЕС) - 2; зруйнований внаслідок аварії четвертий блок ЧАЕС - 1.

Програма розвитку атомної енергетики до 2010 року визначена в Національній енергетичній програмі України, затвердженій Верховною Радою України. Згідно з постановою Верховної Ради України, в цю програму вносяться зміни й доповнення на основі сформованої на сьогодні фінансово-економічної ситуації в країні.

2. Ядерний паливний цикл

Використання атомної енергії вимагає використання різних підприємств.

Ядерний паливний цикл - це послідовність технологічних ¾процесів, спрямованих на одержання електроенергії за допомогою ядерних реакцій.

Ядерний паливний цикл (ЯПЦ) починається з видобутку уранової руди й закінчується утилізацією ядерних відходів.

Крім видобутку й переробки уранової руди, ЯПЦ включає збагачення природного урану, виготовлення тепловидільних зборок, виробництво електроенергії на АЕС, поводження з опроміненим ядерним паливом, включаючи його переробку, поводження з радіоактивними відходами (кондиціонування, поховання).

Кожний з цих об'єктів становить небезпеку. Це і радіоактивний пил у шахтах з видобутку урану, і нещасні випадки, як з персоналом, що обслуговує ядерні установки, так і з людьми, що живуть поблизу, і можливість забруднення ґрунтової води у сховищі для радіоактивних відходів.

Кожне підприємство зі збагачення руди виробляє кілька тисяч тонн цього матеріалу на рік. Можливо, лише мала його частина буде використана, а від іншого потрібно буде позбутися. Радіоактивні відходи виробляються в кожній ядерній установці. Якщо місце поховання буде обране й спроектоване правильно, то сховища здатні зменшити небезпеку радіоактивного зараження місцевості.

3. Природний радіаційний фон

На населення земної кулі постійно впливає природний радіаційний фон.

Радіаційний фон - радіоактивне випромінювання, чия поява на ¾ Землі зумовлена дією природних і техногенних джерел, в умовах якого постійно перебуває людина.

Уникнути радіоактивного опромінення неможливо. Життя на Землі виникло й розвивається в умовах постійного опромінення. Це необхідний компонент проживання в біосфері. Він базується на трьох складових. Це космічна радіація (протони, альфа-частинки, гамма-промені), випромінювання природних радіоактивних речовин, що присутні у ґрунті, і випромінювання тих радіоактивних речовин (також природних), що потрапляють до нас в організм із повітрям, їжею, водою.

Космічне випромінювання досягає Землі у вигляді протонів і більш важких ядерних частинок, що мають величезну енергію.

Частина цієї енергії витрачається на зіткнення з ядрами атмосферного азоту, кисню, аргону, у результаті чого на висотах до 20 км виникає вторинне високоенергетичне випромінювання. Кожен житель нашої планети в середньому від випромінювання з космосу одержує протягом року дозу в 300 мкЗв.

Земними джерелами випромінювань є понад 60 природних ра-діонуклідів, у тому числі 32 радіонукліди урано-радієвого й торієвого сімейств, близько 11 довгоживучих радіонуклідів, що не входять у ці сімейства (Калій-40, Рубідій-87 й інші), що мають періоди напіврозпаду від 10⁷до 10¹⁵років.

Зрозуміло, рівні земної радіації неоднакові для різних місць земної кулі і залежать від концентрації радіонуклідів у тій чи іншій ділянці земної кори. У місцях проживання основної маси населення вони приблизно однакові.

У середньому близько 2/3 дози опромінення, яке людина одержує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм із їжею, водою і повітрям.

Особливо небезпечні для людини радіонукліди, що потрапили усередину організму, оскільки в цьому випадку ні одяг, ні шкіра не виконують своїх захисних функцій. В організмі радіонукліди опромінюють різні органи й тканини, визначаючи дозу внутрішнього опромінення людини.

Надходження радіоактивних продуктів до організму людини протікає за такими харчовими ланцюжками:

ґрунт→продукти рослинного походження(хліб,овочі, фрукти)→людина;

ґрунт → рослинність → молочна худоба → молоко → людина;

ґрунт → рослинність → тварина → м'ясні продукти → людина;

водойма→ риба (і інші мешканці водойми) → людина.

Якщо не вживати ніяких заходів, що обмежують надходження радіонуклідів у харчові ланцюги, протягом кількох наступних десятиліть деякі види харчових продуктів залишаться забрудненими Цезієм-137 понад припустимий рівень.

Особливо це стосується лісових грибів і ягід, а також риби непроточних водойм.

У зв'язку з можливістю потрапляння до організму людини через їжу радіоактивних речовин, особливо радіонуклідів Цезію-137 і Стронцію-90, в Україні нормативно введений граничний уміст цих елементів у харчових продуктах.

4. Граничні дози опромінення

Наявність природного радіаційного фону - необхідна умова еволюції життя на Землі. Обов'язковою умовою еволюції є мінливість як наслідок мутації генів. За відсутності природного радіаційного фону, імовірно, не було б і життя на Землі таким, яким воно зараз є.

Якщо процес опромінення відбувається протягом тривалого часу, то, накопичуючись, поглинена організмом доза стає дедалі більшою.

Доза, яку одержує організм за одиницю часу, називається потужністю дози.

Потужність еквівалентної дози природного фону іонізуючих випромінювань, утвореного космічними променями, а також радіактивністю ґрунту, води, повітря і самої людини, складає в сереньому 1,25 м^З/рік.

Для людини, що безупинно піддається опроміненню протягом трудової діяльності (50 років), безпечною вважається потужність дози 50 м^З/рік.

Якщо тіло людини протягом короткого часу піддається опроміненню з еквівалентною дозою 3-5 Зв, то в 50 % випадків через 1-2 місяці настає смерть. Доза в 10-50 Зв, отримана за таких умов, призводить до смерті через 1-2 тижні. Отримавши дозу 200-250 Зв, людина помирає майже миттєво.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. Перелічіть переваги й недоліки використання ядерного пального?

2. Яка послідовність операцій ядерного циклу?

3. Як утилізують радіоактивні відходи?

4. Як випромінювання використовують під час стерилізації медичних інструментів?

5. Навіщо продукти харчування перед упакуванням у герметичну

тару опромінюють?

2. Домашнє завдання

Урок №5. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду

Мета уроку: Формувати в учнів знання про радіоактивність та види радіоактивного випромінювання; основні характеристики α- , β- та γ-випромінювання, правила зміщення Фредеріка Содді. Формувати фізичне й логічне мислення учнів, вміння аналізувати, порівнювати, самостійно робити висновки, працювати з науковою літературою; виховувати у дітей вміння працювати в колективі, толерантність, прагнення до поповнення знань.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Обладнання: роздатковий матеріал на кожну парту один комплект, який складається з:

• Таблиця для порівняння різних видів радіоактивного випромінювання

• Додатковий матеріал про радіоактивне випромінювання

• Тестові завдання (два варіанти)

• Чистий папір (один аркуш кожному учню)

• Копіювальний папір (один аркуш кожному учню)

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

• Яку будову має атом?

• Що є визначальною характеристикою хімічного елемента?

• Визначте склад ядра атома срібла ₄₇ Ag¹⁰⁸.

• Чи діє магнітне поле на рухому в ньому заряджену частинку?

• Назвіть відомі вам закони збереження.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Питання учням:

• Діти, що вам відомо про радіоактивність?

• В чому актуальність цієї теми для нас?

Сформувати знання про радіоактивність та види радіоактивного випромінювання; основні характеристики α- , β- та γ-випромінювання

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

V. Вивчення нового матеріалу

Спостереження за різними ізотопами показали, що в природі існують стабільні і нестабільні ядра атомів хімічних елементів. Ця їх якість зумовлена значенням енергії зв'язку ядер та співвідношенням у них протонів і нейтронів. Наприклад, серед ізотопів легких елементів стабільними є ті, в яких числа протонів і нейтронів однакові.

Ядра атомів важких елементів, як правило, нестабільні, оскільки у них значно переважають нейтрони, а їх надлишок веде до збільшення енергії ядра (адже, mn > mp), якого воно намагається позбутися. Тому ядра атомів окремих ізотопів здатні самовільно перетворюватися на інші хімічні елементи шляхом випромінювання мікрочастинок або поділу на стійкіші утворення. Таку здатність до самочинних перетворень називають радіоактивністю.

Радіоактивність (від лат. radio - випромінюю та activus - діяльний)

Радіоактивність буває природною, яка спостерігається за звичайних умов, і штучною, коли радіоактивні перетворення відбуваються внаслідок зовнішнього впливу, наприклад бомбардування ядер атомів стабільних ізотопів протонами, нейтронами, іншими частинками або ядрами атомів хімічних елементів. За фізичною суттю вони не відрізняються один від одного - механізм радіоактивних перетворень у них однаковий.

Штучну радіоактивність уперше спостерігали в 1934 р. французькі фізики Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі. Вони опромінювали альфа-частинками ядра атомів Алюмінію й отримали нестабільний нуклід Фосфору , який внаслідок радіоактивного перетворення випромінював позитрон:

Позитрон - це елементарна частинка з масою електрона і його зарядом, але протилежного знака заряда Правило зміщення для альфа-розпаду

Найпоширенішими серед радіоактивних перетворень є альфа-розпад, бета-розпад (випромінювання електрона або позитрона) і спонтанний поділ ядер атомів.

Альфа-розпад - це перетворення нестійкого ізотопу на інший хімічний елемент, що супроводжується випромінюванням альфа-частинки. Наприклад, перетворення Радію на Радон.

Під час альфа-розпаду заряд ядра атома Z зменшується на дві одиниці, а масове число А - на чотири. Енергія, що виділяється внаслідок альфа-розпаду, розподіляється між альфа-частинкою та ядром атома елемента, що утворюється. Цей процес може супроводжуватися також гамма-випромінюванням.

Бета-розпад - це утворення нового хімічного елемента внаслідок перетворення нуклонів усередині ядра атома, наприклад, нейтрона на протон або протона на нейтрон. Існує два різновиди бета-розпаду.

1. (ß- -розпад, який супроводжується випромінюванням електрона утворенням ядра атома з числом протонів Z на одиницю більшим. Наприклад:

Найпростішим видом розпаду є розпад вільного нейтрона:

2. ß+-розпад, унаслідок якого випромінюється позитрон й утворюється ядро з числом протонів Z на одиницю меншим. Наприклад:

Мікрочастинку, яка супроводжує випромінювання позитрона 01е під час бета-розпаду, названо електронним нейтрино. Вона також має античастинку - антинейтрино ve, яка супроводжує ß~-розпад

Самочинний поділ ядер Урану відкрили у 1940 році російські вчені Г. М. Фльоров і К. А. Петржак

У важких елементів за певних умов може відбуватися спонтанний поділ ядер атомів на кілька легших ядер-уламків. Уперше це виявили в ядер атомів Урану, які без будь-якого зовнішнього впливу діляться на стійкіші ядра атомів ізотопів, як правило, середньої частини періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Наприклад, ядро атома Урану може розділитися на два неоднакові уламки - ядра атомів Барію (Z= 56) і Криптону (Z = 36), які розлітаються врізнобіч, маючи значну кінетичну енергію.

Встановлено, що кількість речовини, ядра атомів якої розпадаються, весь час змінюється. Характерною ознакою радіоактивних ізотопів є період піврозпаду Т. Це час, за який кількість ядер атомів радіоактивного ізотопу зменшується вдвічі (мал.).

Якщо в початковий момент часу (t= 0) було Nо радіоактивних ядер, то за період піврозпаду Т кількість їх стане вдвічі меншою ще через такий самий час Т їх уже буде і т.д. Тобто за n періодів піврозпаду радіоактивними залишаться лише N ядер:

Цей вираз є законом радіоактивного розпаду.

Радіоактивні речовини різняться одна від одної періодом піврозпаду: одні з них швидше розпадаються, демонструючи інтенсивність радіоактивних перетворень, інші повільніше. Тому період піврозпаду Т може характеризувати активність радіонукліда А, тобто кількість розпадів атомних ядер за 1 с. Вона прямо пропорційна числу атомних ядер і обернено пропорційна періоду піврозпаду:

Активність радіонукліда А в СІ вимірюють у беккерелях (Бк). 1 беккерель дорівнює активності радіонукліда, в якому за 1 с відбувається один акт розпаду. На практиці користуються також одиницею активності кюрі (Кі)

До конспекту

У 1896р. французький вчений Беккерель вивчав післясвічення деяких речовин після опромінення їх сонячними променями і встановив, що солі Урану без опромінення самочинно випромінюють невидимі промені. Цю властивість було названо радіоактивністю, а тіла - радіоактивними. Радіоактивні промені засвічують фотоплівку, проходять крізь непрозорі тіла, іонізують газ.

у 1896р. Марія Склодовська-Кюрі і П'єр Кюрі відкрили радіоактивні Торій, Полоній, Радій і встановили, що всі елементи з 83 - радіоактивні.

Радіоактивні промені вивчав Резерфорд. Пропустивши їх крізь магнітне поле, він одержав три пучки: α-промені, β-промені і γ-промені: α-промені - це позитивно заряджені частинки, які мають заряд, q=2e, затримуються папером. Вимірявши для них відношення m/q, встановили, що це ядра атома Гелію, доведено спектральним аналізом; β-промені - це негативно заряджені частинки, проходять крізь тонкий (до декількох міліметрів) алюміній. Визначене відношення заряду до маси цих частинок підтвердило, що це потік електронів з різними швидкостями (до 0,999с); γ-промені не відхиляються ні в електричному полі, ні в магнітному. 3а дифракцією на кристалах встановлено, що це електромагнітні хвилі довжиною 10^-10 - 10^-13 м, ще коротші за рентгенівські, і проходять крізь свинець товщиною 16-18 см.

Багато було незрозумілого в радіоактивності. 3 часом інтенсивність випромінювання змінювалась. При цьому виділялась енергія. Так, l г радію під час радіоактивного розпаду виділяв 582 Дж за годину. Передбачали, що відбувається перетворення ядер одних атомів у ядра інших, тобто утворення нових хімічних елементів. Так, Радій перетворюється в Радон. Це було доведено спектральним аналізом. Резерфорд узагальнив результати дослідів багатьох учених і прийшов до висновку: "Радіоактитіїсть являє собою самодовільну зміну ядер одних атомів в інші з виділенням енергії і частинок." При цьому виконуються правила зміщення:

• _ZX^A → _Z-2Y^A-4 + ₂Не⁴ - при α-розпаді утворюється новий хімічний елемент, який зміщується в таблиці Менделеєва на дві клітинки вліво, а маса зменшується на чотири одиниці. ₈₈Ra²²⁶ → ₈₆Rn²²² + ₂Не⁴

• _ZX^A → _Z+1Y^A + _-1е⁰ - при β-розпаді утворюється новий елемент, який зміщується в таблиці Менделеєва на одну клітинку вправо, а маса атома майже не змінюється. ₉₀Th²³⁴ → ₉₁Pa²³⁴ + _-1е⁰

• При γ-розпаді ядро не змінюється. Це явище супроводжує α­- чи β-розпад.

У 1934р. французькі фізики Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі відкрили штучну радіоактивність (радіоактивність ядер, які є продуктами ядерних реакцій; розпад атомного ядра при влученні в нього елементарної частинки).

Природне радіоактивне опронімення людина отримує з Космосу, від Сонця, з надр Землі; штучне - це результат діяльності людини, в процесі виробництва електроенергії на атомних електростанціях, науково-дислідницькі роботи, використання ядерної зброї тощо.

Природа радіоактивного проміння вказує на те, що його причиною є самочинний розпад атомних ядер радіоактивних елементів. Радіоактивне випромінювання не однорідне, а трикомпонентне. При цьому деякі з ядер випускають тільки альфа­частинки, інші - бета-частинки. Є радіоактивні ядра, які випускають і ті й ті частинки. Більшість ядер одночасно випускає і гамма-промені. У радіоактивних ядер, які утворюються штучно, спостерігаються й інші радіоактивні процеси, наприклад виліт протонів або позитронів. Принципової відмінності між двома видами радіоактивності (природної і штучної) немає. Радіоактивні промені засвічують фотоплівку, проходять крізь непрозорі тіла, іонізують речовину . Про штучні радіоактивні елементи йтиметься пізніше.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

Учні об'єднуються в пари. Завдання парам: заповнити в зошитах таблицю 1 (протягом 15 хвилин), використовуючи додатковий матеріал, розданий вчителем.

Таблиця 1.Порівняльна таблиця різних видів радіоактивного випромінювання

Характеристики випромінювнь

α-частинки

β-частинки

γ-промені

Природа проміння

Знак заряду частинки випромінювання

Абсолютна величина заряду частинки

Маса частинки випромінювання

Енергія частинок випромінювання

Швидкість частинок

Проникна здатність випромінювання

Речовина, що затримує проміння

Вплив на речовину

Висновок

Перевірка результатів роботи в парах. Учні висловлюються за бажанням. (10 хвилин).

Творче завдання. Скласти схему, що узагальнює розглянутий на уроці матеріал. Два учні виконують завдання на відворотах дошки (5 хвилин).

Радіоактивність

Природна

Штучна

α-розпад

β-розпад

γ-промені

_ZX^A = _Z-2Y^A-4 + ₂Не⁴

_ZX^A = _Z+1Y^A + _-1е⁰

Ядро не змінюється, зменшується його енергія

2. Домашнє завдання

Урок №6. Елементарні частинки. Космічне випромінювання

Мета уроку: ознайомити учнів із елементарними частинками та їх властивостями; взаємним перетворенням частинок і квантів електромагнітного випромінювання

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Обладнання: підручник, роздатковий матеріал

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Тести. Учні виконують завдання з копіювальним папером.

.

Варіант 1

1. α-випромінювання - це…

1. потік ядер атомів Гелію;

2. потік електронів;

3. електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого менша від довжини хвилі рентгенівських променів

2. Електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого менша від довжини хвилі рентгенівських променів - це...

1. α-випромінювання;

2. β-випромінювання;

3. γ -випромінювання.

3. Потік електронів- це...

1. 1. α-випромінювання;

   2. β-випромінювання;

   3. γ -випромінювання.

2. Чим відрізняються ядра ізотопів Хлору ₁₇Cl³⁵ і ₁₇Cl³⁷ ?

   1. кількістю протонів;

   2. кількістю електронів;

   3. кількістю нейтронів.

3. Який ізотоп утворюється з радіоактивного ізотопу Літію ₃Li⁸ після одного β-розпаду?

   1. ₁H⁴;

   2. ₄Be⁸;

   3. _-1е⁰.

4. Який ізотоп утворюється з радіоактивного ізотопу Урану ₉₂U²³⁵ після одного α-розпаду?

   1. ₉₀Th²³¹;

   2. ₂Не⁴;

   3. ₉₀Th²³².

Варіант 2

1. β-випромінювання - це…

1. потік ядер атомів Гелію;

2. потік електронів;

3. електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого менша від довжини хвилі рентгенівських променів.

2. γ -випромінювання - це…

   1. потік ядер атомів Гелію;

   2. потік електронів;

   3. електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого менша від довжини хвилі рентгенівських променів.

3. Потік ядер атомів Гелію- це...

1. α-випромінювання;

2. β-випромінювання;

3. γ -випромінювання

4. Чим відрізняються ядра ізотопів Магнію ₁₂Mg²⁶ і ₁₂Mg²⁷ ?

1. кількістю електронів;

2. кількістю протонів;

3. кількістю нейтронів.

5. Який ізотоп утворюється з радіоактивного ізотопу Літію ₃Li⁶ після одного α-розпаду?

1. ₁H²;

2. ₂Не⁴;

3. ₄Be⁸.

6. Який ізотоп утворюється з радіоактивного ізотопу Марганцю ₂₅ Mn ⁵⁶ після одного β-розпаду?

1. ₂₆Fe⁵⁶;

2. ₂₆Fe⁵⁸;

3. _-1е⁰.

Вчитель збирає роботи учнів і оголошує правильні відповіді, діти дізнаються про попередні результати своєї роботи.

(1 варіант:1-А, 2-С, 3-В, 4-С, 5-В, 6-А; 2 варіант:1-В, 2-С, 3-А, 4-С, 5-А, 6-А )

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

Здавна вчені намагалися знайти найменші «цеглинки» матерії, які б допомогли зрозуміти ієрархічну структуру будови речовини. Спочатку, у давніх греків, це були атоми як неподільні частинки, з яких складаються, всі тіла (Демокрит, Епікур). На початку XIX ст. це поняття було конкретизоване в дослідженнях хіміків і набуло значення найдрібнішої частинки речовини, що визначає її хімічні властивості (Я. Берцеліус, Дж. Дальтон, А. Авогадро).

Наприкінці XIX ст., після відкриття електрона (Дж. Томсон) і ґрунтовного дослідження явища радіоактивності (А. Беккерель, Мер і Марія Кюрі), вчені засумнівалися в елементарності атома і припустили, що він має складну будову. На початку XX ст. Е.Резерфорд підтвердив це експериментально і запропонував ядерну модель атома, згідно з якою ядро - теж складне утворен¬ня. У 1919 р. він відкрив нуклон, що має позитивний заряд, незваний протоном. Інша частинка - нейтрон, нки іходить до окладу ядр;і і не маг електричного заряду, була відкрита у 1932 р. Дж. Чедвіком.

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

V. Вивчення нового матеріалу

Для пояснення обмінного характеру сильної взаємодії нуклонів у ядрі X. Юкава у 1935 р. висловив гіпотезу про існування пі-мезонів, які були виявлені в космічних променях у 1947 р. (С. Пауел). Раніше, у 1932 р. у складі космічних променів була виявлена перша античастинка - позитрон (К. Андерсон). Загалом дослідження космічних променів у 40-50-х роках XX ст., які виявили багато нових мікрочастинок, змусили вчених інакше поглянути на проблему їх елементарності. За сучасними уявленнями це не просто первинні неподільні частинки, що входять до складу матеріального світу, а специфічні об'єкти, яким, окрім іншого, властивий особливий вид фундаментальної взаємодії - так звана слабка взаємодія.

За інтенсивністю слабка взаємодія в багато разів менша за сильну і навіть електромагнітну взаємодії (приблизно в 10¹⁴ разів). Проте вона значно більша за гравітаційну взаємодію, оскільки маси елементарних частинок надто малі і радіус їхньої взаємодії становить лише 10^-18 м.

Усі елементарні частинки характеризуються малими розмірами (у більшості з них порядку 10^-15 м) і незначними масами. Це зумовлює квантову специфіку їхньої поведінки - вони підлягають квантовим закономірностям і властивостям утворюватися (випромінюватися) або зникати (поглинатися) внаслідок взаємодії.

Нині відомо понад 350 елементарних частинок і відкриття їх триває

Загальними характеристиками елементарних частинок є їхня маса m, електричний заряд q, спін s і час життя t . Окремі з них характеризуються також особливими величинами - лептонним зарядом, баріонним зарядом тощо. Як правило, всі вони визначаються у відносних одиницях, кратних певним значенням, наприклад, масі чи електричному заряду електрона, сталій Планка тощо.

Масу елементарних частинок виражають числом, кратним масі електрона; електричний заряд - в одиницях, кратних заряду електрона е; спін - кратний значенню сталої Планка h

Отже, кожна елементарна частинка має набір дискретних квантових чисел, що визначають її специфічні властивості, за якими їх можна класифікувати (табл. ).

Залежно від властивого їм типу взаємодій усі елементарні частинки, крім фотона, поділяються на дві основні групи: адрони, які беруть участь в усіх типах взаємодій - гравітаційній, електромагнітній, сильній і слабкій, та лептони, яким не властива сильна взаємодія.

За часом життя елементарні частинки поділяють на стабільні (фотон, електрон, протон, нейтрино, відносно стабільний нейтрон), квазістабільні (t >10^-20 с), які розпадаються внаслідок електромагнітної чи слабкої взаємодії, і нестабільні (t < 10^-22 с), які розпадаються внаслідок сильної взаємодії.

У фізиці існують й інші класифікації елементарних частинок. Зокрема, їх можна поділити на частинки й античастинки (електрон- позитрон, нейтрино-антинейтрино); за значенням спінового квантового числа, яке може бути цілим або напівцілим, адрони поділяють на бозони і баріони. Бозони з нульовим спіном називають мезонами. Цю класифікацію можна продовжити на основі значень різних квантових чисел.

Назви кварків походять від анг лійських слів: up - угору, down - униз, strange - дивний, charm - зачарування, beauty - привабли вість, краса, truth - істина

Дослідження елементарних частинок високих енергій (~ 10 ГеВ) за допомогою прискорювачів показало, що лептони не мають якоїсь структури, тобто справді є елементарними частинками. Водночас адрони виявили властивості, яківказують на те, що вони мають певну структуру і складаються з кількох «елементарніших» частинок. У 1964 р. американські вчені М. Гелл-Манн і Дж. Цвейг незалежно один від одного запропонували кваркову модель адронів. Вони вважали, що всі адрони можна будувати, комбінуючи три кварки (для баріонів) або кварк та антикварк (для мезонів). Цим трьом кваркам були присвоєні імена: u, d, s.

Згодом з'ясувалося, що побудувати все розмаїття елементарних частинок за допомогою трьох кварків не вдається, тому їх набір доповнили ще трьома - с, b і t. Сукупність із шести кварків та їхніх анти-кварків дає змогу розкрити складну структуру всіх відомих на сьогодні адронів.

Отже, дослідження елементарних частинок і пояснення механізмів їх перетворення за допомогою слабкої взаємодії створило цілісне уявлення сучасної фізичної картини світу на основі чотирьох фундаментальних взаємодій. Водночас теоретичні пошуки їх об'єднання в єдину фізичну теорію (так зване «велике об'єднання»), спроможну дати цілісне трактування законів фізичного світу, поки не мали успіху, хоча окремі здобутки в цьому вже є. Так, в останні роки створена єдина теорія електромагнітної і слабкої (електрослабкої) взаємодії. Квантовий опис гравітаційної взаємодії на основі гіпотетичних частинок - гравітонів наближає вчених до цілісного розуміння картини світу як єдиної фізичної суті природи.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. Як у фізиці розвивалися уявлення про ієрархічну структуру речовини в пошуку її елементарних найдрібніших частинок?

2. Який тип фундаментальних взаємодій характерний для елементарних частинок? Дайте його коротку характеристику.

3. Набір яких величин визначає властивості елементарних частинок?

4. На які дві основні групи поділяють елементарні частинки? Які ще класифікації елементарних частинок можуть бути?

5. У чому полягає суть кваркової моделі елементарних частинок?

2. Домашнє завдання

Урок №7. Дозиметрія. Дози випромінювання. Радіоактивний захист людини.

Мета уроку: познайомити учнів із біологічною дією радіоактивного випромінювання та способами захисту організму від випромі­нювання. Розвивати образне та критичне мис­лення, творчу уяву. Виховувати почуття відповідальності, праце­любність, самостійність, уважність.

Тип уроку: комбінований урок

Обладнання: плакат, підручник

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

1. Перелічіть факти та явища, які підтверджують складну будову атома.

2. Як почали називати здатність атомів деяких хімічних елементів до спонтанного випромінювання?

3. Яка частина атома - ядро чи електронна оболонка - зазнає змін під час радіоактивного розпаду? Чому ви так вважаєте?

4. Що можна сказати про числове значення маси атома (в а. о. м.) і його масове число?

5. Чому не визначають час повного розпаду всіх ядер?

6. Чи правильним є твердження, що чим довше існує атом, тим більша ймовірність його розпаду?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

З плином часу наука робила все більше і більше кроків в розвитку різних технологій та найбільш стрімкого епогею за короткий час вона досягла в галузі ядерних технологій. Чому так, та які досягнення вийшли у широкий світ ми з Вами дізнаємось на цьому уроці.

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

V. Вивчення нового матеріалу

Вплив радіоактивного випромінювання на речовину. Радіоактивне випромінювання містить у собі гама- та рентгенівське випромінювання, електрони, протони, α-частинки, іони важких елементів. Його назива­ють також іонізуючим випромінюванням, оскільки, проходячи крізь живу тканину, воно викликає іонізацію атомів.

Навіть слабке випромінювання радіоактивних речовин дуже сильно впливає на всі живі організми, порушуючи життєдіяльність клітин. За великої інтенсивності випромінювання живі організми гинуть. Небезпека випромінювання збільшується тим, що воно не викликає ніяких болючих відчуттів навіть у разі отримання смертельних доз.

Механізм уражаючої біологічні об'єкти дії ще недостатньо вивчений. Але зрозуміло, що вона зводиться до іонізації атомів і молекул, і це при­зводить до зміни їхньої хімічної активності. Найбільш чутливими до ви­промінювань є ядра клітин, особливо клітин, які швидко діляться. Тому в першу чергу випромінювання вражає кістковий мозок, у результаті чого порушується процес утворення крові. Далі настає ураження клітин трав­ного тракту й інших органів.

Доза випромінювання. Характер впливу іонізуючого випромінюван­ня залежить від дози поглиненого випромінювання та його виду.

Доза поглиненого випромінювання - відношення енергії випроміню­вання, поглиненої тілом, яке опромінюється, до його маси:

У СІ дозу поглиненого випромінювання виражають у греях (Гр):

1 Гр дорівнює дозі поглиненого випромінювання, за якої опроміненій ре­човині масою 1 кг передається енергія іонізуючого випромінювання 1 Дж. Природний фон радіації (космічні промені, радіоактивність навколиш­нього середовища та людського тіла) становить на рік дозу випроміню­вання близько 2∙10^-3 Гр на людину. Міжнародна комісія з радіаційного захисту встановила для осіб, котрі працюють із випромінюванням, гра­нично припустиму на рік дозу, яка дорівнює 0,05 Гр. Доза випромінюван­ня в 3-10 Гр, отримана за короткий час, є смертельною.

На практиці широко використовується позасистемна одиниця дози ви­промінювання - рентген 1 Р; 1 Гр відповідає приблизно 100 Р.

Коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання. За однієї й тієї самої дози поглиненого випромінювання різні види випромінювання виклика­ють неоднаковий біологічний ефект. Біологічні ефекти, що викликаються будь-яким іонізуючим випромінюванням, прийнято оцінювати у порівнян­ні з ефектом від рентгенівського та гамма-випромінювання. Наприклад, за однієї і тієї самої поглиненої дози біологічний ефект від дії а-випроміню­вання буде в 20 разів більший, ніж від у-випромінювання. Від дії швидких нейтронів ефект може бути в 10 разів більший, ніж від у-випромінювання; від дії β-випромінювання - такий самий, як і від у-випромінювання.

У зв'язку з цим відмінність біологічної дії різних видів випроміню­вання прийнято характеризувати коефіцієнтом якості К. Прийнято, що коефіцієнт якості рентгенівського та гамма-випромінювання дорівнює одиниці. Коефіцієнт якості а-випромінювання дорівнює 20, швидких нейтронів - 10,

Коефіцієнт якості К показує, у скільки разів радіаційна небезпека від впливу на живий організм даного виду випромінювання є більшою, ніж від впливу γ-випромінювання (за однакових доз поглинання).

Коефіцієнт якості іонізуючого випромінювання

Рентгенівське випромі­нювання, γ-випромінювання

е^-

Повільні

неитрони

Швидкі нейтрони

р

α

к

1

1-1,5

3-5

10

10

20

Еквівалентна доза. У зв'язку з тим, що за однієї й тієї самої дози по­глинання різне випромінювання викликає різний біологічний ефект, для
оцінки цього ефекту було введено величину, яка називається еквівалент­
ною дозою (Н).

Еквівалентна доза поглиненого випромінювання визначається як добуток дози поглиненого випромінювання на коефіцієнт якості:

H = D∙K

Одиниця еквівалентної дози - зіверт (Зв).

1 Зв дорівнює еквівалентній дозі, за якої доза поглиненого γ-випромі­нювання дорівнює 1 Гр.

Величина еквівалентної дози визначає відносно безпечні та дуже небез­печні для живого організму дози опромінення.

Припустима доза опромінення

<0,25Гр

Доза опромінення, яка викликає променеву хворобу

1-6 Гр

Смертельна доза опромінення

6-10 Гр

Оцінюючи вплив іонізуючого випромінювання на живий організм, вра­ховують і те, що одні частини тіла (органи, тканини) більш чутливі, ніж інші. Наприклад, за однакової еквівалентної дози поглиненого випромі­нювання виникнення раку в легенях є більш імовірним, ніж у щитоподіб­ній залозі.

Іншими словами, кожний орган і тканина мають певний коефіцієнт ра­діаційного ризику (для легень, наприклад, він дорівнює 0,12, а для щито­подібної залози - 0,03).

Поглинена й еквівалентна дози залежать від часу опромінення. За ін­ших рівних умов ці дози тим більші, чим більший час опромінення.

Захист організмів від випромінювання. Під час роботи з будь-яким
джерелом радіації необхідно вживати заходів для радіаційного захисту.

Найпростіший метод захисту - це ізоляція персоналу від джерела випромінювання на досить велику відстань. Ампули з радіоактивними препаратами не слід брати руками. Треба користуватися спеціальними щип­цями з довгою ручкою.

Для захисту від випромінювання використовують перешкоди з погли­наючих матеріалів. Наприклад, захистом від β-випромінювання може бути шар алюмінію товщиною у кілька міліметрів. Найбільш складним є захист від γ -випромінювання і нейтронів через їх велику проникну здат­ність. Кращим поглиначем γ-променів є свинець. Повільні нейтрони до­бре поглинаються бором і кадмієм. Швидкі нейтрони попередньо уповіль­нюються за допомогою графіту.

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. У чому полягає причина негативного впливу радіації на живі орга­нізми?

2. Який вид радіоактивного випромінювання є найбільш небезпечним для опромінення людини: а) α-випромінювання; б) β-випромінюван-ня; в) γ-випромінювання?

3. У чому полягає механізм іонізації атомів і молекул?

4. У чому полягає біологічна дія іонізуючих випромінювань?

5. Які фактори слід враховувати, оцінюючи вплив іонізуючого випромі­нювання на живий організм?

2. Домашнє завдання

Урок №8. Добування і застосування радіоактивних ізотопів

Мета уроку: : познайомити учнів із одержанням і застосуванням радіоактивних ізотопів у різних галузях науки й техніки.

Тип уроку: комбінований урок.

Обладнання: підручник, роздатковий матеріал

Хід уроку

І. Організаційна частина

• Перевірка присутніх.

• Призначення чергових.

ІІ. Актуалізація опорних знань учнів

Початковий рівень

1. На графіку зображено залежність питомої енергії зв'язку атомних ядер від масового числа (рис. 155). Під час розпаду яких ядер, позначених на кривій, виділяється найбільша енергія на один нуклон? Укажіть правильну відповідь.

А. 1. Б. 2 і З. В. 4.

2. Під час поділу ядра Урану вивільняється велика енергія. Максимальна частка вивільнюваної енергії припадає на ... (укажіть правильне твердження):

А. ... енергію -квантів.

Б. ... енергію радіоактивного випромінювання.

В. ... кінетичну енергію осколків поділу.

Середній рівень

1. Визначте енергетичний вихід ядерної реакції , якщо енергія зв'язку в ядер Нітрогену 115,6 МеВ, Карбону - 92,2 МеВ, Гелію - 28,3 МеВ.

2. Визначте енергетичний вихід ядерної реакції ,якщо питома енергія зв'язку в ядра Нітрогену 7,48 МеВ/нук, у ядра Гелію - 7,075 МеВ/нук, у ядра атома ізотопу Океигену - 7,75 МеВ/нук.

Достатній рівень

1. Зробіть енергетичний розрахунок ядерної реакції та з'ясуйте, виділяється чи поглинається енергія в цій реакції:

2. Зробіть енергетичний розрахунок ядерної реакції та з'ясуйте, виділяється чи поглинається енергія в цій реакції:

Високий рівень

1. Під час обстрілу ядер Флуору протонами утворюється Оксиген . Скільки енергії вивільняється під час цісї реакції та які ще ядра утворюються?

2. Під час бомбардування Алюмінію -частинками утворюється Фосфор . Запишіть цю реакцію та обчисліть виділену енергію.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності

IV. Повідомлення теми, мети, завдань уроку

1. Ізотопи.

2. Одержання радіоактивних ізотопів.

3. Мічені атоми.

V. Вивчення нового матеріалу

1. Ізотони. Маси атомів хімічно чистих елементів, як правило, виража­ються в атомних одиницях маси числами, не дуже близькими до цілих.

Наприклад, атомна маса Бору - 10,82; Неону - 20,183; Магнію - 24,32; Хлору - 35,457 і т. д. Як пояснити подібний факт? Відповісти на це за­питання змогли лише у 1911 році, коли Содді висловив припущення про можливості існування елементів з однаковими хімічними властивостями, але таких, що розрізняються іншими характеристиками, наприклад сво­єю радіоактивністю. Содді назвав їх ізотопами (від грец. isos - однако­вий, topos - місце).

Припущення Содді дістало блискуче підтвердження рік потому, коли Дж. Томсон почав точні вимірювання маси іонів Неону методом відхилен­ня їх в електричних і магнітних полях.

Ізотопи - атоми одного й того самого хімічного елемента, які мають однакову кількість протонів у ядрі та різну кількість нейтронів.

Особливо примітні ізотопи Гідрогену, оскільки вони відрізняють­ся один від одного за масою у два чи три рази. Гідроген має три ізотопи: - протій (у ядрі тільки один протон), - дейтерій (у ядрі - протон і нейтрон), -тритій (у ядрі-протон і два нейтрони).

2. Одержання радіоактивних ізотопів. За допомогою ядерних реакцій можна дістати радіоактивні "ізотопи всіх хімічних елементів, які зустрічаються в природі тільки в стійкому стані. Наприклад, ядро атома Іоду поглинає нейтрон, унаслідок чого утворюється ядро бета-радіоактивного ізотопу Іоду з періодом піврозпаду 24,98 хв: , .

У результаті радіоактивного розпаду Іоду утворюється стабільний ізо­топ Ксенону з масовим числом 128.

За допомогою ядерних реакцій отримані також трансуранові елементи, тобто елементи з порядковим номером, що перевищує порядковий номер Урану .

Нині виробництвом радіоактивних ізотопів займається велика галузь промисловості.

3. Мічені атоми. Метод мічених атомів ґрунтується на тому, що хімічні властивості радіоактивних ізотопів не відрізняються від властивостей нерадіоактивних ізотопів тих самих елементів. Радіоактивність є своєрідною позначкою, за допомогою якої можна простежити за поведінкою елемента під час різних хімічних реакцій і фізичних перетворень речовин.

Метод мічених атомів застосовується:

• у медицині (дослідження обміну речовин, установлення діагнозу, для терапевтичних цілей, лікування ракових захворювань);

• у промисловості (контроль зносу деталей, дифузія в металах, дослідження внутрішньої структури, виявлення дефектів);

• у сільському господарстві, біології (опромінення у-променями насіння, боротьба зі шкідливими комахами, консервація харчових продуктів, радіоселекція);

• в археології (визначення віку Землі, стародавніх предметів).

VІ. Заключний етап заняття

1.Закріплення матеріалу

1. Чи існує відмінність між штучною і природною радіоактивністю?

2. Як із часом змінюється радіоактивність штучних ізотопів?

3. Чому немає на Землі трансуранових елементів?

4. Які властивості радіоактивних ізотопів є основою для їх практичного застосування?

2. Домашнє завдання

Урок № 9. Самостійна робота. Семінар «Ядерна енергія і екологія»

Мета: ознайомлення з радіактивністю, її видами, радіоактивним розпадом

Тип уроку: урок перевірки та контролю знань

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань

Перевірка домашнього завдання. Фронтальне опитування

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Повідомлення теми і мети уроку

ІІІ. Викладення нового матеріалу

Заслухання доповідей

1.Використання ядерної енергії

2.Вплив ядерної енергії на екологію

3.Чорнобильська АС. Японська Фокусіма

4.Наслідки аварій

IV. Осмислення і систематизація знань

Фронтальне опитування

Питання підготовлене учнями

V. Підведення підсумків

Вправа «Ключові слова»

VI. Домашнє завдання

__________________________________________________________

ВАРІАНТ №1

Основні визначення

1. Протон - це…

2. Спектральний аналіз - це…

3. Зарядове число - це…

4. Атомна одиниці маси - це…

5. Екзоенергетична реакція - це…

6. Ланцюгова ядерна реакція - це ..

7. Коефіцієнт розмноження нейтронів - це …

Основні формули

1. Правило частот

2. Масове число

3. Дефект мас

4. Перетворення атомних ядер які супроводжуються випусканням βчастинок

ВАРІАНТ №2

Основні визначення

1. Нейтрон - це…

2. Спектроскоп - це …

3. Масове число - це …

4. Ізотопи - це…

5. Ендоенергетична реакція - це…

6. Ядерний реактор - це …

7. Ділення ядра - це …

Основні формули

1. Енергія кванта

2. Число нейтронів

3. Енергетичний вихід ядерної реакції

4. Перетворення атомних ядер які супроводжуються випусканням α частинок

Урок №14. Фізична картина світу

Мета уроку: узагальнити відомості про розвиток фізики й поглядів

на наукову картину світу.

Тип уроку: урок закріплення знань.

Хід уроку

Людина - з моменту її появи як біологічного виду впродовж усього свого існування намагається осмислити навколишній світ, розібратися в його будові й визначитися в ньому.

«Заплющте очі, звільніть вуха, напружте слух, і від найніжнішого подуву до найгучнішого шуму, від найпростішого звуку до найвищої гармонії, від найпотужнішого пристрасного крику до найтихіших слів розуму - усе це мова природи, що виявляє своє буття, свою силу, своє життя...

Вона дає чудове видовище; чи бачить вона його сама, не знаємо, але вона його дає для нас, а ми, непомічені, дивимося під власним кутом... Перед кожним з'являється вона в особливому виді. Вона ховається під тисячею імен і назв, і все одно та сама. Вона увела мене в життя, воно і поведе. Я довіряю їй. Нехай вона робить зі мною, що забажає...» - так писав про природу німецький поет, мислитель і натураліст Йоганн Вольфганг Ґете.

Людина - дитя природи. І вона повинна уміти з нею розмовляти. Але як? Якою мовою? Французький поет Шарль Бодлер писав:

Природа - это храм, где камни говорят,

Хоть часто их язык бывает непонятен.

Вокруг - лес символов, тревожен, необъятен,

И символы на нас с усмешкою глядят.

Мову природи люди розгадали вже давно. Ще Галілей говорив, що «книга природи написана математичними знаками». У цьому ми не вагаємося і сьогодні, триста років потому.

«Питання доводиться ставити природі мовою математики, -

писав Вернер Гейзенберг, - тому що тільки нею можна одержати відповідь».

Фізика за весь період свого існування - від давньогрецького філософа Арістотеля до наших днів - нерозривно пов'язана не тільки з вивченням конкретних явищ, але й зі створенням цілісної картини світу.

Дуже давно люди цікавилися тим, як улаштований світ, у яко-му вони живуть, і питали у мудреців: яку форму має Земля? На чому вона тримається? Спочатку відповіді були зовсім фантастичними. Наприклад, у Давній Індії були упевнені, що Землю підтримують чотири слони, які стоять на гігантській черепасі.

Існувала думка, що небо - величезний купол, що перекри-ває Землю. До купола прикріплені зірки, і по ньому в колісницях роз'їжджають Сонце (удень) і Місяць (уночі). Існувала легенда, що якийсь мандрівник, дійшовши до краю Землі, переконався в цьому особисто.

Арістотель узагальнив роботи давньогрецьких філософів і математиків, визнавши кулястість Землі. За часів Арістотеля, крім Місяця і Сонця, було відомо ще п'ять небесних тіл, які певним чином пересувалися по небозводу. Ця картина світу стала основою світорозуміння майже на 2000 років, до появи праць Коперніка. Арістотель обґрунтовував геоцентризм у такий спосіб: Земля є важким тілом, а природним місцем для важких тіл є центр Всесвіту; як показує досвід, усі важкі тіла падають прямовисно, а оскільки вони рухаються до центра світу, Земля знаходиться в центрі.

Видатний польський астроном Микола Копернік у своїй книзі «Про обертання небесних сфер» доводив, що Всесвіт улаштований зовсім не так, як багато століть стверджувала релігія. Оскільки в центрі світу Копернік помістив Сонце, то цю систему стали називати геліоцентричною.

Учення Коперніка було визнано не відразу. Ми знаємо, що за вироком інквізиції 1600 року видатний італійський філософ, послідовник Коперніка Джордано Бруно був спалений у Римі. 1633 року Галілей постав перед судом інквізиції. Старого вченого змусили підписати «зречення» від своїх поглядів і до кінця життя тримали під наглядом інквізиції.

Картина світу Коперніка відіграла винятково важливу роль у розвитку фізики, астрономії й усього природознавства.

І в епоху античності, й у XVII столітті визнавалася важливість вивчення руху небесних світил. Але якщо для давніх греків дана проблема мала більш філософське значення, то для XVII століття визначальним був аспект практичний. Розвиток мореплавання обумовлював необхідність розробки більш точних астрономічних таблиць для навігації порівняно з тими, що були потрібні для астрологічних цілей.

Знайти розв'язок зміг лише Ньютон, який завдяки відкриттю закону всесвітнього тяжіння і трьох основних законів механіки оформив все, що було відомо в механіці, у вигляді цілісної наукової теорії.

Вершиною наукової творчості І. Ньютона стала його безсмертна праця «Математичні початки натуральної філософії», вперше опублікованої 1687 року. У ній він узагальнив результати, отримані його попередниками, і свої власні дослідження й розробив єдину упорядковану систему земної і небесної механіки, що лягла в основу всієї класичної фізики.

Картина світу за Ньютоном стала основою для багатьох технічних досягнень протягом тривалого часу. На її основі постало багато методів наукових досліджень у різних галузях природознавства.

На початку XX сторіччя вчені почали вивчати зірки.

З'ясувалося, що «горіння» цих гігантських сполук пов'язано зі

структурою й особливостями найменших на той час об'єктів - атомних ядер. Процеси, що забезпечують «горіння» Сонця, обумовлені термоядерними реакціями.

Термоядерні реакції відіграють вирішальну роль в еволюції хімічного складу речовини у Всесвіті. Усі ці реакції супроводжуються виділенням енергії, що забезпечує випромінювання зірками світла протягом мільярда років.

Здійснення керованих термоядерних реакцій на Землі обіцяє людству нове практично невичерпне джерело енергії, що здатне ви-рішити енергетичну проблему людства. 10 вересня 2008 року відбувся офіційний запуск Великого адронного колайдера. Розташований він у науково-дослідному центрі Європейської ради ядерних досліджень на кордоні Швейцарії та Франції.

Великий адронний колайдер, чи просто ВАК, є прискорювачем заряджених частинок, призначений для розгону й зіткнення адронів.

Для чого ж потрібний ВАК? За допомогою колайдера вчені сподіваються більше довідатися про елементарні частинки. На прак-тиці підтвердити чи спростувати, наприклад, теорію «Великого ви-буху». Дізнатися, нарешті, звідки ж узявся наш Всесвіт.

Учені вважають, що експеримент дозволить у мініатюрі від-творити «Великий вибух», який 13,7 мільярдів років тому поклав початок Всесвіту. Крім цього, вони сподіваються знайти дві нові частинки, невідомі раніше людству, й, зрештою, відкрити шлях до подорожей у часі.

Отже, сучасна фізика демонструє нам єдність природи. Але все-таки багато чого нам дізнатися ще не удалося. Сьогодні вчені упев-нені: щоб остаточно одержати сучасну картину світу, аби вирішити нові загадки Всесвіту, потрібно розгадати властивості елементарних частинок, поєднати разом мега- і мікросвіт.

Одного разу, перебуваючи в гостях у друзів, Ейнштейн позна-йомився з 18-літньою дівчиною. «А хто Ви, власне кажучи, за фахом?» - запитала дівчина сивоволосого вченого. «Я присвятив себе вивченню фізики», - відповів Ейнштейн. «Як, у такому віці Ви ще вивчаєте фізику? - здивувалася вона. - Я, наприклад, розпрощалася з нею ще понад рік тому».

Не поспішайте «прощатися» з фізикою. Фізика робить люди-ну не тільки розумнішою, але й сильнішою. Саме вона допомогла людині позбутися первісного страху і знайти спільну мову з при-родою…

Урок №15. Фізика та науково-технічний прогрес

Мета уроку: формування в учнів уявлень про роль науки в житті суспільства, про її гуманістичну сутність, значення моральної позиції вченого, його моральну відповідальність за наслідки застосування наукових досягнень..

Тип уроку: урок закріплення знань

Обладнання:

Хід уроку

Науково-технічний прогрес (НТП) міцно укорінився в нашому сьогоднішньому житті. Сучасна людина з молоком матері всотує уявлення про його безсумнівну користь. НТП видається «великим благодійником» людства, якого були позбавлені праотці.

Спробуємо розібратися, що дав людині науково-технічний про-грес. Чого ж усе-таки ми досягли? Однією з головних задач, поставлених перед прогресом ще в епоху Відродження (коли він ще не називався науково-технічним), було звільнення людини від труднощів фізичної праці.

Целый мир, охватив от земли до небес,

Всполошив не одно поколение,

По планете шагает научный прогресс.

Что стоит за подобным явлением?

Это странный вопрос.

Что же тут не понять?

Мы сильней и счастливее будем.

Будем больше уметь и точнее…

Стрелять…

Как стрелять?

Очень просто - по людям.

Тот, кто выдумал меч, тот и начал разить.

Нам история в этом порукой.

Не согласен и смело могу возразить:

Нас вперед продвигает наука,

Человек вышел в космос и был на Луне -

У природы все меньше секретов.

Но любое открытие - подспорье войне:

Тот же атом и те же ракеты…

Как использовать знание - забота людей.

Не наука - ученый в ответе.

Чем прогресс обернется планете?

Все запутано в наш оглушающий век.

Разбираться в истории будем,

Что важнее всего на земле?

ЧЕЛОВЕК.

Значит, все заключается в людях.

Досягнення науково-технічного прогресу вражають уяву. Він

вивів людину в космос, дав їй нове джерело енергії - атом, винайшов принципово нові речовини та технічні засоби (лазер), розробив нові засоби масової комунікації й інформації тощо.

ХІХ століття починалося при свічках, з ручними мануфактура-ми, вітрильниками, диліжансами, масштабними епідеміями чуми й холери, а закінчувалося - величезними заводами, що використовують точні верстати й складні хімічні технології, океанськими лайнерами, автомобілями, електричним освітленням, телефонами, радіозв'язком і, нарешті, медициною, цілком порівняною із сучасною.

У ХІХ столітті з'явилася нова тенденція - фізичні закони по-чали використовуватися не тільки для пояснення й поліпшення уже створених інженерами пристроїв, але і стали основою для створення нових напрямків розвитку техніки.

Якщо електричні явища спочатку служили винятково для роз-ваги, то після фундаментальних відкриттів (закон Ома, закон елек-тромагнітної індукції, відомі рівняння Максвелла) почали інтен- сивно розвиватися телефонний і телеграфний зв'язок, радіозв'язок, потім телебачення. На сьогодні значного розвитку здобув мобільний і комп'ютерний зв'язок.

На сучасному етапі розвитку фізичної науки великий бізнес по-вірив у наукові досягнення. Для розв'язання кожного нового тех-нічного завдання сьогодні потрібні не тільки дослідження й розробки учених, інженерів і технологів, але й масштабне фінансування.

1984 року було задумане будівництво Великого адронного ко-лайдера. Будівництво об'єкта почалося 2001 року в тунелі на території Франції й Швейцарії, а закінчилося влітку 2008 року.

Колайдер побудований у науково-дослідному центрі Європей-ської ради ядерних досліджень за участі фізиків з 80 країн. Будівництво цього об'єкта потребувало колосальних фінансових витрат.

Жодна, навіть найрозвиненіша країна, поодинці не змогла б витримати фінансування такого проекту.

Відмінною рисою останніх років періоду науково-технічної революції є створення за короткий час матеріальних об'єктів, сфера впливу яких охоплює увесь світ. Першим подібним прикладом став Урановий проект: уряди ряду країн (США, Росії, Великобританії, Франції та Китаю) зосередили гігантські ресурси, щоб за кілька років реалізувати цей проект. Завдяки спільному обговоренню проблеми були підписані договори про обмеження ядерних випробувань, була створена міжнародна організація МАГАТЕ.

Міжнародне агентство з атомної енергії (МАГАТЕ) є провідним

світовим міжнародним урядовим форумом науково-технічного спів-робітництва в галузі мирного використання ядерної технології.

У рамках глобальних зусиль щодо запобігання поширенню ядерної зброї МАГАТЕ здійснює перевірку того, щоб ядерні матеріали, що виділяються для законного мирного використання, не передавалися на військові цілі. Після того як держава член МАГАТЕ стає учасником угоди про гарантії, інспектори Агентства контролюють весь заявлений ядерний матеріал шляхом проведення інспекцій на місцях, здійснення дистанційного спостереження і перевірки облікових документів. Без такої чіткої системи гарантій було б неможливо здійснювати пов'язані з ядерними методами торгівлю й передачу технологій. На сьогодні діє 225 угод про гарантії зі 141 державою. Ведеться подальше посилення ролі гарантій МАГАТЕ з метою зміцнення потенціалу задля виявлення будь-якого можливого переключення ядерного матеріалу. Вчений Анрі Пуанкаре писав: «Я не говорю: наука корисна тому, що вона навчає нас створювати машини; я говорю: машини корисні тому, що, працюючи для нас, вони колись залишать нам більше часу для наукових занять... Однак геологічна історія доводить нам, що життя є лише швидкий епізод між двома вічностями смерті і що в цьому епізоді минула і майбутня тривалість свідомої думки - не більш, ніж мить. Думка - тільки спалах посередині довгої ночі. Але цей спалах - усе».

Урок №16: Контрольна робота

Мета: оцінювання знань і вмінь учнів з даної теми; виявлення прогалин у знаннях учнів для подальшого їх усунення

Тип уроку: контроль і корекція навчальних досягнень

Хід уроку

І. Організаційний етап

Коментар, інструктаж щодо контрольної роботи

ІІ. Виконання контрольної роботи

Контрольна робота за варіантами

ІІІ. Домашнє завдання

________________________________________________________

ВАРІАНТ№1

1.Тестове завдання

1. Електронну оболонку утворюють

А) протони

Б) нейтрони

В) електрони

Г)ядро

2.Випромінювання ізольованих атомів даного хімічного елемента має…

А)сталу довжину хвилі

Б)визначену довжину хвилі

В) невизначену довжину хвилі

Г) правильної відповіді немає

3. Зарядове число - це …

А) загальне число нуклонів у ядрі

Б)кількість протонів у ядрі

4. Якщо 0>Q то така реакція називається …

А) екзоенергетичною

Б)ендоенергетичною

5.Енергія зв'язку , що припадає на 1 нуклон наз …

А)реакція синтезу

Б)дефект мас

В)питома енергія зв'язку

Г)швидкість світла

2.Дати відповідь на питання

1.Ядерні реакції .Способи вивільнення ядерної енергії. Ланцюгова ядерна реакція

2.Радіоактивніст

3. Розв'яжіть задачу

1.Ядро Th зазнає 4 α розпади в 2 β^- розпади. Ядро якого атома утвориться?

2.Знайти енергію зв'язку ядра дейтерія (²₁Н) в МеВ (Дж)

ВАРІАНТ№2

1.Тестове завдання

1. Ядро складається з …

А) протони і нейтрони

Б)протони і електрони

В) нейтрони і електрони

Г) електрони

2.Атоми поглинають лише ті довжини хвиль, які…

А) вони поглинають

Б) вони випускають

В) вони поглинають за даної температури

Г) вини випускають за даної температури

3. Масове число - це …

А) загальне число нуклонів у ядрі

Б)кількість протонів у ядрі

4. Якщо Q>0>Q то така реакція називається …

А) екзоенергетичною

Б)ендоенергетичною

5.Утворення ядра з менш масивних ядер наз …

А)реакція синтезу

Б)дефект мас

В)питома енергія зв'язку

Г)швидкість світла

2. Дати відповідь на питання

1.Елементарні частинки. Космічне випрмінювання

2. Лазери

3. Розв'яжіть задачу

1.Визначити поглинається чи виділяється енергія у ядерній реакції 2. Вперших водневих бомбах здійснювалася термоядерна реакція синтез легких ядер водню . Яка енергія виділилася при такій реакції?

ЗМІСТ

Урок № 1.Способи вивільнення ядерної енергії: синтез і поділ важких ядер. Ланцюгова реакція…………………………….......................................1

Урок № 2. Рентгенівське випромінювання. Праці Пулюя. Властивості та види випромінювань………………………………………………………………………………....10

Урок №3. Атомне ядро. Ядерні сили……………………………………….29

Урок №4. . Семінар «Ядерна енергія і екологія»…………………………..39

Урок №5. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду ………………46

Урок №6. Елементарні частинки. Космічне випромінювання……………55

Урок №7. Дозиметрія. Дози випромінювання. Радіоактивний захист людини………………………………………………………………………………………………………..62

Урок №8. Добування і застосування радіоактивних ізотопів……………..68

Урок № 9. Самостійна робота. Семінар «Ядерна енергія і екологія»……..73

Урок №14. Фізична картина світу…………………………………………..75

Урок №15. Фізика та науково-технічний прогрес…………………………80

Урок №16: Контрольна робота…………………………………………………………………..84

86