Физика ИжГТУ 9 разделов (раздел9)

Разделы:

  Физика. Атомная и ядерная физика.

1. При бомбардировке с помощью α–частиц бора 5В10 наблюдается вылет нейтронов. Напишите уравнение ядерной реакции, приводящей к вылету одного нейтрона. Определите ее энергетический выход W.

2. При бомбардировке нейтронами изотопа бора 5B10 образуются α–частицы. Напишите уравнение этой ядерной реакции и определите ее энергетический выход W.

3. Какую минимальную кинетическую энергию W0 должна иметь α–частица для осуществления ядерной реакции ?

4. Ионы дейтерия (дейтроны), ускоренные до энергии W1 = 2,0 МэВ, направляют на тритиевую мишень. В результате реакции синтеза дейтерием и тритием из мишени вылетают нейтроны. Определите кинетическую энергию W2 нейтронов, вылетающих перпендикулярно пучку дейтронов.

5. Мишень из подвергают бомбардировке нейтронами. В направлении движения нейтронов вылетают α–частицы с кинетической энергией Wα = 3,0 МэВ. Какова кинетическая энергия Wn нейтронов?

6. Ядро , захватывая протон с кинетической энергией W1 = 5,0 МэВ, распадается на две α–частицы с одинаковыми энергиями. Определите кинетическую энергию W2 каждой из α–частиц и угол θ разлета α–частиц.

7. Атомная электростанция мощностью Р = 1000 МВт имеет КПД 20%. Определите массу т расходуемого за сутки урана–235. Считайте, что при каждом делении ядра урана выделяется энергия W0 = 200 МэВ.

8. Препарат массой т = 1,0 мг помещен в калориметр с теплоемкостью С = 8,0 Дж/К. В результате α–распада полоний превращается в свинец . На сколько поднимется температура в калориметре за время t = 1 ч? Масса атома равна 209,98287 а.е.м., масса атома равна 205,97447 а.е.м. Период полураспада полония Т = 138 сут.

9. Ядро изотопа тория претерпевает α–распад, два электронных β–распада и еще один α–распад. Ядро какого изотопа получается в результате этих превращений? Записать уравнения соответствующих реакций.

10. Некоторый радиоактивный ряд начинается с изотопа, содержащего 235 нуклонов, и заканчивается на изотопе с порядковым номером 82, при этом он включает семь α–распадов и четыре β––распада. Определить недостающие характеристики начального и конечного изотопов ряда. Каким элементам они принадлежат?

11. Рассчитать, согласно теории Бора, для любого состояния атома водорода: а) радиус орбиты rп электрона в атоме; б) линейную скорость un электрона в атоме; в) угловую скорость ωn электрона в атоме; г) электростатическую силу Fn притяжения к ядру; д) центростремительное ускорение ап электрона в атоме; е) кинетическую энергию электрона Екп в атоме; ж) потенциальную энергию электрона Еип в атоме; з) полную энергию электрона Еп в атоме.

12. Если в атоме водорода электрон заменить отрицательным μ–мезоном, образуется система, которая называется мезоатомом. Пользуясь теорией Бора, найти радиус мезоатома в состоянии с наименьшей энергией. Масса μ–мезона т = 1,88·10-28 кг, а заряд равен заряду электрона.

13. Частица массой т движется по круговой орбите в центрально–симметричном поле, где сила, действующая на частицу, зависит от расстояния r до центра поля как F = –kr, k – постоянная. Найти с помощью боровского условия квантования возможные радиусы орбит rп и значения полной энергии частицы Еп в данном поле.

14. В каком состоянии находился атом водорода, если известно, что при переходе его в энергетически низшее состояние испускается квант энергии с длиной волны λ = 972,5 Ǻ?

15. Радиоактивный натрий Na распадается, испуская β––частицу. Вычислить количество атомов, распавшихся в данном радиоактивном препарате массой m = 1 мг за t = 10 ч. Каков суммарный заряд испущенных при этом распаде β––частиц?

16. Месторождениям радиоактивных элементов всегда сопутствует свинец. Известно, что ториевый ряд заканчивается изотопом свинца . Считая возраст ториевой руды t = 4·109 лет (порядка возраста солнечной системы), определить массу свинца т2, появившегося в этой руде из тория массой т1 = 1 кг?

17. Оценить количество тепла, которое выделяет полоний 210Ро массой т = 1 мг за время, равное периоду полураспада этих ядер, если испускаемые α–частицы имеют кинетическую энергию Wa = 5,3 МэВ.

18. Известно, что из радиоактивного полония 210Ро массой т = 2,5 г за время t = 32 дня в результате его распада образуется гелий объемом V = 40 см3 при нормальных условиях: р0 = 105 Па, T0 = 273 К. Определить по этим данным период полураспада данного изотопа полония.

19. При определении периода полураспада короткоживущего радиоактивного изотопа использовался счетчик импульсов. За минуту в начале наблюдения было насчитано Δn0 = 250 импульсов, а через время m = 1 ч было зарегистрировано Δn = 92 импульса. Чему равен период полураспада данного изотопа?

20. Атом водорода, находящийся в основном состоянии, переводят в возбужденное состояние. При переходе из возбужденного состояния в основное в спектре излучения атома последовательно наблюдают два кванта с длинами волн λ1 = 1876 нм и λ2 = 103 нм. На каком энергетическом уровне находился атом в возбужденном состоянии?

21. Атом водорода испустил фотон при переходе электрона со второй орбиты на первую. Испущенный фотон попал на фотокатод и выбил из него фотоэлектрон. Определить максимальную скорость фотоэлектрона, если работа выхода электрона из материала фотокатода А = 8,2 эВ.

22. Найти номер боровской орбиты, соответствующей возбужденному состоянию атома водорода, если известно, что при переходе в основное состояние этот атом испустил два фотона. Импульс первого фотона р = 1,35·10-27кг·м/с, а второму соответствует частота, равная красной границе фотоэффекта для материала, работа выхода электрона из которого А = 10,2 эВ.

23. При переходе электронов с некоторой более удаленной орбиты на вторую боровскую орбиту, атомы водорода испускают монохроматический пучок света. При падении этого пучка по нормали на дифракционную решетку максимум второго порядка (k = 2) наблюдается под углом дифракции φ = 30°. Постоянная дифракционной решетки d = 2,6 мкм. Определить номер орбиты п, на котором первоначально находились электроны в атомах водорода.

24. Одну из линий серии Бальмера атома водорода наблюдают с помощью дифракционной решетки. Спектр первого порядка этой линии виден под углом φ = 9,72·10-2 рад. Постоянная решетки d = 5 мкм, свет на решетку падает нормально. Определить номер орбиты n, при переходе с которой излучается эта линия.

25. Один из путей, которыми осуществляется деление ядер при цепной ядерной реакции, выглядит так: уран 235U, захватывая медленный нейтрон п, распадается на два радиоактивных осколка – цезия 140Се и рубидия 94Rb и несколько нейтронов. Осколки претерпевают цепочку β––превращений, сопровождаемых испусканием γ–лучей. Конечные продукты – церий 140Се и цирконий 94Zr – стабильны. Используя таблицу Менделеева, записать все семь ядерных реакций с указанием массового числа А и зарядового Z всех частиц, участвующих в реакциях.

26. Широко используемый в ядерной энергетике изотоп плутония 239Pu может быть получен при захвате нейтрона изотопом урана и нескольких последующих β––распадов. Сколько электронов образуется в результате получения одного ядра плутония? Записать уравнение реакции.

27. Какую минимальную работу нужно совершить, чтобы разделить ядро атома углерода 12С на три α–частицы? Удельная энергия связи: Eα = 7,07 МэВ/н, EC = 7,68МэВ/н.

28. Под действием протонов могут происходить реакции термоядерного деления:
Какие изотопы используются в качестве мишеней в этих реакциях? Определить энергию Q, выделяющуюся в процессе реакции.

29. Какую массу воды тв можно нагреть от 0°С до кипения, если использовать всю энергию, выделившуюся в ходе реакции:

.
при полном разложении т = 1 мг лития? Удельная теплоемкость воды с = 4,18·103Дж/(кг·К), удельные энергии связи ядер лития εLi = = 5,61 МэВ/н и гелия εНе = 7,07 МэВ/н.

30. Оценить энергию W, освобождаемую при делении урана 235U медленными нейтронами, если конечные продукты цепочки превращений – стабильные ядра церия и циркония  
 

Автор страницы: admin