Тема 3.04. Процессы на физическом уровне организации материи

Явление естественной радиоактивности– самопроизвольный распад ядер атомов химических элементов, при котором образуются ядра других химических элементов и выделяется энергия в виде излучения.Закон радиоактивного распада как статистический закон – одинаковые ядра распадаются за разное время. Нельзя предсказать, когда именно распадется данное нестабильное ядро.Состав излучения при радиоактивности – различают α, β, γ – распад.

α – распад – испускание α лучей (ядра атома гелия ₂Не⁴);

β – распад – испускание (поглощение) электронов и антинейтрино;

γ – распад – испускание γ лучей (жесткое электромагнитное излучение с энергией квантов hν= 1 – 10MэВ).

Выделение энергии при радиоактивном распаде– при радиоактивном распаде энергия выделяется в виде излучения.Превращения элементов при радиоактивном распаде:

При α распаде образуется новое ядро химического элемента, имеющее электрический заряд на две единицы меньше, чем заряд материнского ядра.

При β распаде заряд ядра увеличивается на единицу.

При γ распаде заряд и масса ядер не меняются. Ядерные реакции расщепления ядер атомов под действием нейтронов– называются реакциями деления ядра. При этом материнское ядро распадается на два ядра примерно одинаковой массы.Методы получение искусственных радиоактивных элементов – основным методом получения искусственных радиоактивных изотопов является метод бомбардировки ядер атомов элементарными частицами: электронами, протонами, нейтронами. Открытие атомного ядра, измерение его размеров, массы и заряда – ядерное строение атома было открыто Резерфордом при изучении рассеяния α – частиц тонкой золотой фольгой. Из этих же опытов были вычислены и примерные размеры ядра. Самым точным методом определения заряда и массы ядра является метод парабол – отклонение ионов различных газов в электрических и магнитных полях (метод Дж.Дж.Томпсона).Энергия связи нуклонов ядер атомов (дефект массы)

Энергией связи Е_св. ядра называется энергия, необходимая для полного расщепления ядра на протоны и нейтроны. Разность Δ между массой ядра в атомных единицах массы и его массовым числом называетсядефектом массы ядра.Реакция цепного деления ядра урана.

В реакции деления ядра урана под действием нейтронов при каждом делении ядра образуется новая пара нейтронов, вызывающая последующие реакции деления других ядер, то есть поддерживающие протекание ядерной реакции. Такие реакции называются цепными.Реакции синтеза легких атомных ядер и выделение энергии

Реакцией синтеза называют ядерную реакцию, в которой взаимодействуют легкие ядра химических элементов. При этом образуется ядро более тяжелого химического элемента, элементарная частица (протон или нейтрон) и выделяется значительная тепловая энергия. Такие реакции называются термоядерные реакции. Например:

d+d--- >₁H³+p+ 4 МэВТипы термоядерных реакций в звездах и эволюция звезд В процессе своей эволюции каждая звезда проходит четыре стадии. Три обязательные стадии развития: стадию гравитационного сжатия из разреженного первичного газо – пылевого облака, стадию главной последовательности и стадию красного гиганта.

Четвертая, конечная стадия эволюции, зависит от массы звезды. Менее массивные звезды превращаются либо в белый карлик, либо в нейтронную звезду, более массивные звезды подвергаются бесконечному гравитационному сжатию до так называемого условия взрыва Сверхновой, при котором в окружающее пространство выбрасывается большое количество вещества звезды.

Термоядерные реакции в недрах звезды представляют собой цепь ядерных превращений атомов водорода в атомы гелия, которая носит название водородный цикл.Водородный цикл состоит из следующих реакций:

d + p --- ₂He³ + γ

₂He³ + ₂He³ ----- ₂He⁴ + 2p

₂He³ + ₂He⁴ ----- ₄Be⁷ + γ

₄Be⁷ + e^- ------ ₃Li⁷ + ν_e

₃Li⁷+p------ 2₂He⁴

Итогом реакций водородного цикла является превращение четырех протонов в ядро изотопа гелия ₂He⁴.

Помимо водородного цикла, водород может участвовать в термоядерных реакциях с участием более тяжелых элементов: кислорода, углерода и пр. Важнейшая из таких цепочек ядерных превращений протекает с участием ядра изотопа углерода ₆С¹²и называетсяуглеродным циклом. Углеродный цикл состоит из следующих реакций:

₆С¹²+p------₇N¹³+γ

₇N¹³ ------ ₆C¹³ + e⁺ + ν_e

₆C¹³ + p ------ ₇N¹⁴ + γ

₇N¹⁴ + p ------ ₈O¹⁵ + γ

₈O¹⁵------ ₇N¹⁵ + e⁺ + ν_e

₇N¹⁵ + p ------- ₆C¹² + ₂He⁴.

Итогом углеродного цикла, также как и водородного, является превращение четырех протонов в ядро атома гелия ₂Не⁴.