Учебный элемент по физике на тему: Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие

УЧЕБНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

"Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Наименование:

Профессия: автомеханик

Отрасль: транспорт

Работу выполнила: Ведринцева Олеся Сергеевна

02-125

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

1

Цель:

Изучив данный элемент, Вы сможете:

1. Узнать новые физические процессы и явления.

2. Рассмотреть различные условия использования энергии ядерных реакций.

3. Выяснить физическую природу ядерного взрыва.

4. Изучить поражающие факторы ядерного оружия, их последствия и средства защиты.

Необходимые оборудования, материалы и вспомогательные средства:

Наименование/ Описание

Количество

Учебники Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев Физика 11 класс.

Тестовые задания

25

25

Литература: учебник Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев Физика 11 класс - Просвещение, 2007г.

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

2

Виды радиоактивности:

Естественная радиоактивность - радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе. У больших ядер нестабильность возникает вследствие конкуренции между притяжением нуклонов ядерными силами и кулоновским отталкиванием протонов. Не существует стабильных ядер с зарядовым числом Z > 83 и массовым числом A > 209.

Искусственная радиоактивность - радиоактивность изотопов, полученных искусственно при ядерных реакциях.

Ядерные реакции.

Ядерная реакция - это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, сопровождающийся изменением состава и структуры ядра и выделением вторичных частиц или γ-кванто

Первая ядерная реакция была осуществлена Э. Резерфордом в 1919 году в опытах по обнаружению протонов в продуктах распада ядер.

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

3

Энергетический выход ядерной реакции.

• Энергетическим выходом ядерной реакции называется величина
  Q = (MA + MB - MC - MD)c2 = ΔMc2.

где MA и MB - массы исходных продуктов, MC и MD - массы конечных продуктов реакции. Величина ΔM называется дефектом масс. Ядерные реакции могут протекать с выделением (Q > 0) или с поглощением энергии (Q < 0).

• Для того чтобы ядерная реакция имела положительный энергетический выход, удельная энергия связи нуклонов в ядрах исходных продуктов должна быть меньше удельной энергии связи нуклонов в ядрах конечных продуктов. Это означает, что величина ΔM должна быть положительной.

Деление тяжелых ядер.

• В 1939 году немецкими учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом было открыто деление ядер урана.

• Кинетическая энергия, выделяющаяся при делении одного ядра урана, огромна - порядка 200 МэВ.

• При полном делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3 т угля или 2,5 т нефти.

Зависимость энергии связи от массового числа.

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

4

Важную информацию о свойствах ядер содержит зависимость удельной энергии связи от массового числа А. Удельной энергией связи называют энергию связи, приходящуюся на 1 нуклон ядра. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых лёгких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы

При делении ядра урана-235, которое вызвано столкновением с нейтроном, освобождается 2 или 3 нейтрона, способных вызвать новые распады ядер урана и т. д. Такой лавинообразный процесс называется цепной реакцией.

Коэффициент размножения нейтронов (k) -отношение числа нейтронов в данном поколении к их числу в предыдущем поколении.

Если k=1, число нейтронов сохраняется неизменным и реакция протекает стационарно.

При k>1 число нейтронов лавинообразно растет, что приводит к неуправляемой цепной реакции- ядерному взрыву.

Использование энергии деления ядра.

В мирных целях

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

5

В военных целях

Контроль радиоактивности

Ядерное оружие.

Первая атомная бомба была испытана в США в штате Нью-Мексико в 1943г. При взрыве атомной бомбы температура в ее эпицентре достигает 100 млн К. При такой температуре резко повышается давление и возникает мощная разрушительная ударная волна. Продукты цепной реакции при взрыве радиоактивны. Взрыв сопровождается интенсивным световым излучением и мощной электромагнитной волной. Мощность ядерного взрыва составила 20 кт ( в тротиловом эквиваленте).

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

6

Характеристика очага ядерного поражения.

• Массовые разрушения, завалы.

• Аварии в сетях коммунально-энергетического хозяйства.

• Пожары.

• Радиоактивное заражение.

• Значительные потери населения.

Поражающие факторы ядерного оружия.

• Ударная волна.

• Световое излучение.

• Проникающая радиация.

• Радиоактивное заражение.

• Электромагнитный импульс.

Ударная волна.

• Основной поражающий фактор ядерного взрыва.

• Ее источником является огромное давление, образующееся в центре взрыва и достигающее в первые мгновения миллиардов атмосфер.

Поражение людей ударной волной:

• Избыточное давление 20-40 кПа-легкие поражения(ушибы, контузии).

• Избыточное давление 40-60 кПа - поражения средней тяжести (потеря сознания, повреждение органов слуха, вывихи конечностей, кровотечения из носа и ушей).

• Избыточное давление свыше 60 кПа - сильные контузии, переломы конечностей, поражение внутренних органов.

• Избыточное давление свыше 100 кПа - крайне тяжелые поражения, нередко со смертельным исходом.

• Защита - укрытия.

Электромагнитный импульс.

• Электрические и магнитные поля, возникающие в результате воздействия гамма-лучей ядерного взрыва на атомы окружающей среды и образования в этой среде потока электронов и положительных ионов.

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

7

Поражающие факторы электромагнитного импульса.

• Повреждение радиоэлектронной аппаратуры.

• Нарушение работы радио- и радиоэлектронных средств.

• При разряде полей на человека (контакт с аппаратурой) может вызвать гибель.

• Защита - укрытие.

Световое излучение.

• Поток лучистой энергии, включающие ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи.

• Источником является светящаяся область, образуемая раскаленными на миллионы градусов продуктами взрыва.

• Распространяется мгновенно, длится до 20 секунд.

Поражающие факторы светового излучения.

• Вызывает ожоги открытых участков тела (1,2,3,4 степени).

• Поражает глаза.

• Обугливает и воспламеняет различные материалы.

• Вызывает пожары на больших расстояниях от эпицентра.

• Защита - непрозрачные материалы, любая преграда, создающая тень.

Проникающая радиация.

• Поток гамма-лучей и нейтронов. Длится 10-25 секунд.

• Источником служат ядерные реакции, протекающие в боеприпасе в момент взрыва.

Поражающие факторы проникающей радиации.

• Защита - укрытия.

• Проходя через живую ткань, гамма-излучение и нейтроны ионизируют атомы и молекулы клеток, в результате чего нарушаются биологические функции клеток, органов и организма в целом, что приводит к возникновению лучевой болезни.

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

8

Снижение интенсивности проникающего излучения.

• В два раза ослабляют интенсивность гамма-лучей: сталь толщиной 2,8 см, бетон - 10 см, грунт - 14 см, древесина - 30 см.

Радиоактивное заражение.

• Источник - продукты деления ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образующиеся в результате воздействия нейтронов на материалы, из которых изготовлен ядерный боеприпас.

• Наибольшая опасность в первые часы после выпадения осадков из радиоактивного облака, образующего радиоактивный след.

Биологическое действие ионизирующих излучений:

- ионизация атомов и молекул вещества;

- переход атомов и молекул в возбуждённое состояние.

Доза поглощенного излучения - это отношение энергии ионизирующего излучения к массе облучаемого тела.

D=E/m

1 Гр=1 Дж/кг

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

9

Эффекты различных доз радиоактивного излучения.

Поглощенная доза

Эффект

1-2 Гр

2-4 Гр

6-10 Гр

10-50 Гр

Случаи рвоты

от 5% до 50%

До 100 %

100 %

100 %

Через какое время

3 ч

2 ч

1 ч

1/3 ч

Поражение

Кроветворные ткани, костный мозг

Дополнительно ткани желудка

Критический период

-

4-6 нед.

4-6 нед.

5-14 дней

Прогноз

отличный

благоприят-ный

двойной

безнадежный

Это стоит запомнить!

Допустимая доза облучения

< 0,25 Гр

Доза облучения, вызывающая лучевую болезнь

1 - 6 Гр

Смертельная доза облучения

6 - 10 Гр

Учебный элемент

Наименование: "Искусственная радиоактивность. Ядерное оружие"

Профессия: автомеханик

Стр.

10

Проверка усвоения

Контрольные вопросы

Выберите правильный ответ.

1.Естественное β - излучение представляет собой поток:

A электронов; B протонов; C ядер атомов гелия; D квантов э/м излучения

2. Допустимая доза облучения:

A 1-6 Гр B < 1 Гр C 6-10 Гр D =1 Гр

3. Какой вид ионизирующих излучений из перечисленных ниже, наиболее опасен при внутреннем облучении организма человека?

A α- излучение B гамма излучение C поток нейтронов D поток протонов

4. При каких условиях возникает неуправляемая цепная реакция?

A k=1 B k<1 C k>1 D k=0

5. При каких условиях происходит цепная управляемая ядерная реакция?

A k=1 B k<1 C k>1 D k=0

6.Доза поглощенного излучения измеряется в :

A Джоулях B Радианах C Греях D Рентгенах