Урок физики по теме "Деление ядер урана" (9 класс)

Самостоятельная работа.
1 вариант
Каким элементам принадлежат следующие ядра: 1Х3, 2Х3, 44Х96.
Ядро какого элемента получается в результате трех -распадов из 90Th284 ?
При бомбардировке железа 26Fe56 нейтронами образуется -радиоактивный изотоп марганца с атомной массой 56. Которое претерпевает -распад. Напишите обе реакции.
Написать недостающие обозначения:
13Al27 + 0n1 → ? + 2He4
6C12 + 1H1 → 6C13 + ?
2 вариант
Каким элементам принадлежат следующие ядра: 3Х7, 4Х7, 40Х96.
Ядро изотопа углерода 6С13 -радиоактивно. Запишите правило смещения, какой элемент получится??
При бомбардировке бор 5В10 -частицами образуется изотоп атома азота 7N13 . Которое претерпевает -распад. Напишите обе реакции.
Написать недостающие обозначения:
? + 1H1 → 11Na22 + 2He4
13Al27 +  → 12Mg26 + ?

Деление ядер урана. Цепные ядерные реакция.
Тема урока:

Исторические сведения.
В 1938 г. Ирен Кюри среди продуктов распада, образующихся при бомбардировке урана нейтронами, открыла радиоактивный изотоп, свойства которого являются свойствами лантана.

Ирен кюри стояла на пороге открытия урана, но никто ей не поверил, ни Бор, ни Резерфорд. Все они считали такой распад невозможным.

Открытие деления ядер урана.
Деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами было открыто в 1939г.
немецкими учеными
Отто Ганом и Фрицем Штрассманом.
Они облучали нитрат уранила нейтронами и получали радиоактивный барий.
- Разве из урана можно получить барий? Ведь это означает, что его атом должен разделится пополам, как физик, я должен сказать, что это невозможно.
- Но, как химик, я скажу, что все-таки радиоактивный барий – это факт. Точно так же, как и лантан, открытый Ирен Кюри.
Удивлялся Штрассман.
Возразил Отто Ган.

Правильное истолкование
деление ядра урана.
1939 г.
О. Фриш (английский физик)
и Л. Мейтнер (австрийский физик)
Деление ядра возможно благодаря тому, что масса покоя тяжелого ядра больше суммы покоя осколков, возникающих при делении.

Механизм деления.
Бомбардировка нейтронами ядра урана;
Поглотив нейтрон ядро возбуждается и деформируется;
В перемычке ядерные силы притяжения становятся меньше кулоновских сил отталкивания. И ядро распадается на два неравных осколка. При это выбрасывается 2-3 нейтрона.

Теория ядерного деления.
Ядро урана захватывает нейтрон и, подобно жидкой капле, начинает деформироваться, принимает гантелеобразную форму и распадается на две неравные части, осколки радиоактивны, но в результате последующей серии -распадов превращаются в стабильные изотопы.

Примеры деления ядер урана.
92U235 + 0n1 → 56Ba145 + 36Kr88 + 30n1

92U235 + 0n1 → 54Xe140 + 38Sr94 + 20n1
Реакция деления ядер урана идет с выделением энергии в окружающую среду.

Энергетический выход реакции.
∆E =∆mс2
Т.к.
∆m < 0,
=> реакция идет с выделением энергии.

Спонтанное деление ядер урана.
1940 г. советские физики
Г. Н. Флеров и К. А. Петржак открыли спонтанное деление ядер урана.
Период полураспада для спонтанного деления ядер урана равен 1016 лет.
Это в два миллиона раз больше периода полураспада урана при  - распаде
(для 92U238, T =4,5 млрд. лет).

Цепные реакции атомных ядер.
При делении урана освобождается 2-3 нейтрона. Это позволяет осуществить цепную реакцию деления урана.

Ядерной цепной реакцией
называется реакция, в которой частицы, вызывающие её (нейтроны), образуются как продукты этой реакции.

Энергетический выход
Цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии.
При делении каждого ядра выделяется около 200МэВ.
При полном же делении всех ядер, имеющихся в 1г урана, выделяется энергия
2,3 · 104 кВт· ч.
Это эквивалентно энергии, получаемой при сгорании
3т угля или 2,5 т нефти.
В 1 кг урана-235, столько энергии, сколько в 93 вагона угля или 67 цистернах жидкого топлива.

Изотопы урана.
Естественный уран состоит в основном из двух изотопов: 92U235 и 92U238.
Но изотоп 92U235 составляет всего 1/140 долю от более распространенного изотопа 92U238.
Наиболее пригодны для цепной ядерной реакции ядра 92U235 т.к. они делятся как быстрыми так медленными нейтронами.
Ядра урана 92U238 могут делится лишь быстрыми нейтронами с энергией большей 1 МэВ.
И то, только один из пяти нейтронов производит деление, остальные четыре захватываются ураном 92U238 и он превращается в изотоп урана 92U239.
Поэтому 92U238 в чистом виде для цепной реакции не пригоден.

Уран – 235 (92U235)
Наиболее пригодны
для цепной ядерной реакции
ядра урана - 235
делятся
быстрыми и медленными
нейтронами.

Коэффициент размножения нейтронов.
Коэффициентом размножения нейтронов называют отношение числа нейтронов в каком-либо «поколении» к числу нейтронов предшествующего «поколения».

k = 1 - ЦЯР протекает стабильно т.е. управляемая
k ≤ 1 - число нейтронов убывает и ЦЯР невозможна.
k ≥ 1 - ЦЯР протекает не стабильно т.е. неуправляемая и ведет к взрыву.

Коэффициент размножения зависит от 4-х факторов.
Захватом медленных нейтронов ядрами 92U235 с последующим делением и захватом быстрых нейтронов ядрами 92U235 и 92U238 также с последующим делением.
Захватом нейтронов ядрами без деления.
Захватом нейтронов продуктами деления, замедлителем и конструкцией.
Вылетом нейтронов из делящегося вещества наружу.

Лишь первый процесс сопровождается увеличением числа нейтронов.

Образование плутония.
Уран 92U239 β – радиоактивен (Т=25мин)
92U239 → 93Np239 + -1e0

Нептуний 93Np239 β – радиоактивен (Т≈2 сут.)
93Np239 → 94Pu239 + -1e0

Плутоний 94Pu239 относительно стабилен
(Т≈24 000 лет). Удобен для ЦЯР.

Вопросы:
Когда было открыто деление ядер урана при бомбардировке их нейтронами?
Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием поглощенного им нейтрона?
Что образуется в результате деления ядра?
В какую энергию переходит часть внутренней энергии ядра при его делении?
В какой вид энергии преобразуется кинетическая энергия осколков ядра урана при их торможении в окружающей среде?
Как идет реакция деления ядер урана: с выделением энергии в окружающую среду или с поглощением?

Домашнее задание
§108,109
Составить подробные вопросы.