Как правильно класть плитку. Как класть плитку на стену быстро. Класть плитку своими руками. Как выбрать ламинат для квартиры. Какой лучше выбрать ламинат сегодня. Какого цвета выбрать ламинат. Как правильно клеить обои. Как клеить обои на потолок вертикально. Как правильно клеить углы обоями. Интересные самоделки своими руками. Качественные самоделки своими руками фото. Самоделки для дома своими руками. Как сделать потолок в доме. Чем лучше утеплить потолок дома на сегодняшний день. Утепление потолка дома своими руками. Бизнес идеи с минимальными вложениями. Успешные идеи малого бизнеса с нуля. Прибыльные бизнес идеи. Как сделать мебель своими руками. Сделать деревянная мебель своими руками. Сделать мебель своими руками видео. Опалубка для фундамента. Как сделать опалубку для фундамента быстро. Опалубка для фундамента купить.

Всі роботи на сайті "Курсова інфо" є авторськими і призначені  для допомоги у навчанні. Розміщення, тиражування або відтворення матеріалів із сайту на сторонніх ресурсах відстежується та забороняється відповідно до законодавства України про авторське право! 

Ядерна фізика

 E-mail | Категорія: Контрольні | Перегляди: 1361 |

атомиКонтрольна робота. Предмет - ядерна фізика. Тип - безкоштовно.

План:

1. Взаємодія енергії випромінювання з речовиною.

2. Вимірювання маси заряджених частинок.

3. Розміри та маса атомів та ядер.

4. Нормування радіаційного навантаження.

1. Взаємодія енергії випромінювання з речовиною.

  Існують три основних механізми передачі енергії електромагнітного випромінювання речовині: фотоелектричне поглинання, ефект Комптона та утворення пар "електрон-позитрон".

   Фотоелектричне поглинання (фотоелектричний ефект, фотоефект, фотоелектронна емісія) - це вибивання електронів із зовнішньої електронної оболонки атома з великим атомним номером, із передачею їм своєї енергії. Чим далі від ядра атома розміщена оболонка, тим слабший енергетичний зв'язок електрона з ядром атома. Так, якщо на зовнішніх орбітах енергія зв'язку електрона з ядром атома не перевищує 8 еВ, то на ближній до ядра К-оболонці вона збільшується із зростанням атомного номера елемента. Енергія зв'язку електрона на К-оболонці з ядром у стронцію становить 16 кеВ, цезію - 36, урану - 280 кеВ. Разом із тим електрони глибших орбіталей також можуть бути "вилучені" в результаті фотоефекту. 

       Енергія кванта при цьому повністю поглинається речовиною, завдяки чому з'являються вільні фотоелектрони. Вони асоціюються з нейтральним атомом і утворюють негативно заряджені іони. Енергія новоутвореного фотоелектрона дорівнює енергії кванта, за винятком роботи виходу даного фотоелектрона з атома.

         Взаємодія за механізмом фотоефекту має місце переважно при довгохвильовому рентгенівському випромінюванні з енергіями фотонів порядку атомних енергій зв'язку - до 0,05 МеВ. Імовірність фотоефекту залежить від атомного номера елемента і є пропорційною Z3. У повітрі, воді та біологічних тканинах цей вид взаємодії при енергіях фотонів до 0,05 МеВ спостерігається приблизно в 50% випадків. При енергіях 0,12 МеВ частка фотоефекту зменшується до 10%. При енергіях понад 1 МеВ імовірність прояву фотоефекту є незначною, а головну роль відіграє обмін енергією за ефектом Комптона. 

        Ефект Комптона (комптонівське розсіювання, комптон-ефект) був відкритий американським фізиком А. X. Комптоном у 1922 році. Даний механізм передачі енергії електромагнітного випромінювання речовині полягає у вибиванні вільних чи слабозв'язаних електронів (комптон-електрони або електрони віддачі) з електронної оболонки атома. Такий механізм ще називають пружним розсіюванням фотонів на електронах із передачею для них лише частини своєї енергії.

        Внаслідок зменшення енергії фотона відповідно зростає довжина хвилі електромагнітного випромінювання. Збільшення довжини хвилі фотона при розсіюванні на слабозв'язаних електронах зумовлюється зменшенням його енергії й залежить від кута розсіювання. При розсіюванні фотона на електронах, що рухаються (вільних), зміна довжини хвилі залежатиме не тільки від кута розсіювання, а й від початкової енергії електронів. При цьому утворюються електрон віддачі та вторинний фотон. 

          На відміну від фотоелектронів, енергія електронів віддачі може змінюватися в широкому діапазоні - від нуля до деяких максимальних значень. У середньому енергія електронів віддачі зростає із збільшенням енергії електромагнітного випромінювання, що взаємодіє. Вторинний фотон залежно від енергії знову може зазнавати комптон-ефекту. Після ряду таких зіткнень енергія фотона зменшується до величин, коли останній поглинається в результаті фотоефекту. 

        Механізм передачі енергії за комптонівським розсіюванням для води та біологічних тканин спостерігається в області енергій фотонів від 200 кеВ до 5 МеВ. Пари "електрон - позитрон" утворюються тоді, коли фотон взаємодіє з ядерним полем атома. Зазначений вид має місце при енергіях гамма-квантів понад 1,022 МеВ. За таких енергій гамма-квант, який знаходиться поблизу ядра, зникає, що призводить до виникнення пари заряджених частинок (електрон -позитрон). Ці частинки мають однакову масу й енергію, але протилежні заряди.          

           Позитрон з'єднується з будь-яким вільним або орбітальним електроном, а це зумовлює виникнення анігіляційного гамма-випромінювання. (Анігіляція - взаємодія електрона і позитрона з утворенням двох фотонів). Новоутворені вторинні гамма-кванти в подальшому взаємодіють із речовиною комптонівським розсіюванням чи фотоефектом. Вторинні гамма-кванти завжди мають енергію не нижчу 0,511 МеВ (енергетичний еквівалент електрона). Тому енергія первинного гамма-кванта має бути не нижчою 1,022 МеВ.

         Новоутворені вторинні гамма-кванти у подальшому взаємодіють із речовиною повторно комптонівським розсіюванням, а в кінцевому підсумку -  фотоелектричним ефектом. Істотний вклад механізму утворення пар спостерігається при енергії фотонів понад 2,5 МеВ. 

         При значеннях енергій гамма-квантів понад 8 МеВ може бути ще один вид взаємодії - ядерний фотоефект. Фотони таких енергій вибивають протони із стабільних ядер атомів.  Основний вклад в опромінення біологічних об'єктів все ж вносить комптон-ефект. Фотоелектричний ефект проявляється у діапазонах низьких енергій, а утворення пар спостерігається порівняно рідко, оскільки в біологічних тканинах середній ефективний атомний номер невисокий  

2. Вимірювання маси заряджених частинок.

     Ядра атомів складаються з протонів та нейтронів (нуклонів). Протон  — позитивно заряджена частинка: її заряд дорівнює заряду електрона е = 1,6 •10-19 Кл, а маса спокою тр = 1,672 • 10-27кг. Протон є ядром найлегшого нукліда атома гідрогену. Для спрощення записів і розрахунків масу ядер здебільшого ви¬ражають в атомних одиницях маси (а.о.м.) або в одиницях енергії (записуючи замість маси відповідну енергію Е = тс2 в електрон-вольтах). За атомну одиницю маси беруть 1/12 маси нукліда вугле¬цю 12С. 

   В цих одиницях дістаємо такі значення:

1 а.о.м. = 1,6605 • 10ֿ27 кг = 931,48 МеВ;

тр = 1,00728 а.о.м. = 938,28 МеВ.

       Протон подібно до електрона має власний момент імпульсу — спін, що дорівнює 1/2 (в одиницях ћ). Останній у зовнішньому магніт¬ному полі може орієнтуватися лише так, що його проекції на напрям поля дорівнюють +1/2 або -1/2. Протон, як і електрон, підлягає квантовій статистиці Фермі—Дірака, тобто належить до ферміонів.

      Спочатку вважали, що магнітний момент протона дорівнює ядерному магнетону, оскільки його маса в 18 36 разів більша від маси електрона. Проте виміри засвідчили, що насправді власний магнітний момент протона в 2,79 рази більший від ядерного магнетона, має додатний знак, тобто за напрямом збігається зі спіном.  Сучасна фізика пояснює ці розбіжності тим, що протони та нейтрони взаємно перетворюються і певний час перебувають у стані дисоціації на π± -мезон та відповідного знака другий нуклон.

           Маса спокою  π± - мезона дорівнює 139,63 МеВ, тому його власний магнітний момент у 6,6 раза більший від ядерного магнетона. Зрозуміло, що у вимірах проявляється певне ефективне значення магнітного моменту протона і π+-мезонного оточення.

 Нейтрон (n) — електрично нейтральна частинка; її маса спокою тⁿ = 1,00866 а.о.м. = 1,675 • 10ֿ27 кг = 939,57 МеВ. Хоча нейтрон позбавлений заряду, все ж він має магнітний момент  μⁿ =-1,91μя. Знак «мінус» тут указує, що за напрямом магнітний момент протилежний спіну нейтрона. Магнетизм нейтрона визначається ефективним значенням магнітного моменту частинок, на які він здатний дисоціювати.

        У вільному стані нейтрон нестійкий і самовільно розпадається (період піврозпаду τ = 12 хв): випромінюючи β-частинку та антинейтрино, він перетворюється на протон. Схему розпаду нейтрона записують у такому вигляді:

п →p +βֿ + ν.

      На відміну від внутріядерного розпаду нейтрона β-розпад належить і до внутрінуклонного процесу, і до фізики елементарних частинок. Нейтрон у 1932 р. відкрив англійський фізик Дж. Чедвік. Взаємна перетворюваність нейтрона та протона, рівність спінів їх, близькі значення мас і властивостей дають підставу гадати, що тут ідеться про два різновиди тієї самої ядерної частинки — нуклона. Протонно-нейтронна теорія добре узгоджується з дослідними даними.   

     Як зазначено вище, маси протона та нейтрона дуже мало відрізняються від атомної одиниці маси. Тому відповідно до періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва за протонно-нейтронною теорією порядковий номер елемента Z визначає число протонів у ядрі атома, а масове число М — сумарну кількість протонів і нейтронів ядра; (М-Z) — число нейтронів у ядрі. Як складові ядра протони та нейтрони виявляють у численних ядерних реакціях поділу і синтезу.

     У самовільних і штучних поділах ядер спостерігаються також потоки електронів, позитронів, мезонів, нейтрино та антинейтрино. Маса β-частинки (електрона або позитрона) в 1836 разів менша від маси нуклона. 

      Мезони — позитивні, негативні й нульові частинки — за масою займають проміжне місце між β-частинками і нуклонами; час життя їх дуже малий (мільйонні та менші частки секунди). Нейтрино й антинейтрино — елементарні частинки, маса спокою яких дорівнює нулю. Проте електрони, позитрони і мезони не можуть бути складовими ядра. Ці легкі частинки не можуть бути локалізованими в такому малому об'ємі, яким є ядро радіусом ~ 10-15 м.

         Оскільки енергія зовнішньої взаємодії перевищує власну енергію електрона, він не може існувати і зберігати свою індивідуальність, в умовах ядра він буде зруйнований. Зовсім інше становище нуклонів, їхня власна енергія понад 900 МеВ; тому в ядрі вони можуть існувати та зберігати свою індивідуальність. Легкі частинки випромінюються з ядер у процесі переходів їх з одного стану в інший.

3. Розміри та маса атомів та ядер.

      Атом - найменша частинка хімічного елемента, що зберігає його властивості. Він складається з "+" зарядженого ядра та "-"заряджених електронів. У цілому атом є електрично нейтральним. Його радіус має порядок 10ֿ8, а ядра - 10ֿ12-10ֿ¹3см. Розмір ядра становить лише 0,0001 діаметра всього атома, і для нього характерний умовний зміст внаслідок розмитості границь ядра.

           Форма ядра атома близька до сферичної або слабовитягнутої еліпсоїдальної. В ядрі зосереджено до 99,8 % маси атома, тому щільність його досягає колосальних значень, а саме 2¹4 г/см3, або 100 - 200 (у середньому 130) млн т/см3. Існування атомного ядра було відкрите в 1911 році вже згаданим у першій главі англійським фізиком Е. Резерфордом, що стало важливою подією в фізиці, адже до цього часу вважалося, що атоми є безструктурними (грец. "atoms" - неподільний).

        До складу ядра атома входять протони та нейтрони. Протон (р) (грец. "protos" - перший) - стійка елементарна заряджена частинка з абсолютною масою спокою 1,6726-10ֿ27 кг . Заряд ядра чисельно дорівнює заряду електрона і становить 1,6021917" Кл (кулон, або ампер-секунда, кількість електрики, яка протікає через поперечний переріз провідника за 1 с при силі струму в 1 ампер). 

        Крім того, протон має спін 1/2 (від англ. "spin" - обертання - внутрішній момент кількості руху, що має квантову природу і не пов'язаний із рухом частинки як цілого) та магнітний момент, який у свою чергу характеризується магнітним полем. Кількість протонів у ядрі стала і дорівнює порядковому або атомному номеру елемента.

        Нейтрон (п, лат. "neutrum" - ні те, ні інше) - електрично нейтральна частинка з масою спокою в абсолютних одиницях 1,6749-10-27 кг. У ядрі нейтрон стабільний, а поза ним нестійкий і розпадається на протон, електрон та позитрон. Оскільки нейтрон не має заряду, він не відхиляється в магнітному полі й не відштовхується від ядра атома. Через це його проникна здатність значна, що створює серйозну небезпеку як фактор біологічної дії іонізуючого нейтронного випромінювання.

         Кількість нейтронів у ядрі атома може бути різною. Так, в ядрах атомів стійких легких елементів співвідношення протонів і нейтронів становить 1:1. Чим далі розміщений елемент у періодичній системі Д.І Менделєєва, тим більше в його атомах нейтронів, і для найважчих ядер кількість нейтронів приблизно в 1,6 раза більша, ніж протонів.

          Загальна назва протонів і нейтронів - нуклони (лат. "nucleus" -ядро). За допомогою потужних прискорювачів було встановлено, що самі нуклони також є складними утвореннями і в свою чергу складаються з простіших елементів - кварків. Розміри останіх дуже малі, майже в 1000 разів менші від розмірів нуклонів. Атомне ядро містить також інші елементарні частинки (від одного-двох десятків до кількох сотень).

        Електрон (е) - стабільна елементарна частинка, матеріальний носій найменшої маси та найменшого електричного заряду в природі. Абсолютна маса його становить 9,31-Ю31 кг. Згідно з співвідношенням Е=тС2 вона може бути виражена через енергію. Так, виходячи з того, що 1 атомна одиниця маси (а.о.м.) відповідає енергії 931 МеВ, енергетичний еквівалент електрона становитиме 0,511 МеВ (0,000548 а.о.м.: 931 = 0,511). Отже, маса електрона приблизно у 1840 разів менша від маси протона, а заряд чисельно дорівнює заряду протона із знаком "-". Електрон входить до складу атома і рухається навколо ядра по стаціонарних орбітах.

       При цьому він не випромінює електромагнітних хвиль і має чітко визначену для кожної орбіти енергію. При переході електрона з однієї орбіти на іншу його енергія змінюється стрибкоподібно, внаслідок чого він випускає (при переході на орбіту з меншою енергією) або поглинає (при переході на орбіту з більшою енергією) електромагнітне випромінювання певної частоти у вигляді фотона.

4. Нормування радіаційного навантаження.

 Нормами радіаційної безпеки встановлюються такі категорії осіб які зазнають опромінювання: 

- Категорія А (персонал) - особи, які постійно чи тимчасово працюють безпосередньо з джерелами іонізуючих випромінювань. 

- Категорія Б (персонал) - особи, які безпосередньо не зайняті роботою з джерелами іонізуючих випромінювань, але у зв'язку з розташуванням робочих місць в приміщеннях та на промислових майданчиках об'єктів з радіаційно-ядерними технологіями можуть отримувати додаткове опромінення. 

- Категорія В - все населення.

         Ліміт дози (ЛД) - це основний радіаційно-гігієнічний норматив, що обмежує опромінення осіб категорії А, Б і В від усіх індустріальних джерел іонізуючого випромінювання. Відповідно до НРБУ-97 ліміти доз опромінення населення та персоналу визначаються з урахуванням ризиків, які можуть бути зіставлені з імовірністю втрати здоров'я або життя в інших сферах, не пов'язаних з радіаційним фактором. 

      Розрізняють ліміти ефективної та еквівалентної доз зовнішнього опромінення, що встановлюються на рівнях, які виключають появу детерміністичних (нестохастичних) і водночас гарантують настільки низьку ймовірність виникнення стохастичних ефектів опромінення, що є прийнятною як для окремих осіб, так і для суспільства в цілому. 

         Розподіл дози опромінення протягом календарного року не регламентується. Ліміт ефективної дози вказаний у середньому за будь-які п'ять років, але він не повинен перевищувати 50 мЗв за окремий рік.

        Контрольні рівні - це радіаційно-гігієнічні регламенти першої групи, числові значення яких встановлюються керівництвом установи за погодженням з органами Держсанепідемнагляду, виходячи з фактично досягнутого на даному радіаційно-ядерному об'єкті або території рівня радіаційного благополуччя. До першої групи належать радіаційно-гігієнічні регламенти, що нормують дозове навантаження за умови нормальної експлуатації джерел іонізуючого випромінювання. Такі радіаційно-гігієнічні регламенти можуть бути встановлені для певних приміщень, об'єктів, технологічних операцій та режимів, деяких радіонуклідів, всіх або окремих категорій осіб, які зазнають опромінення, тощо. Значення контрольних рівнів є нижчими від значень лімітів доз та допустимих рівнів і підлягають регулярному перегляду, враховуючи поточний радіаційний стан на об'єкті.

         Друга група регламентів нормує обмеження опромінення людини від медичних джерел. До неї входять величини доз та потужностей доз, що встановлюються для типових рентгенологічних і радіологічних діагностичних і лікувальних процедур, а також рівні радіоактивності діагностичних та лікувальних препаратів. Проте межі доз для медичного опромінення не визначаються, а необхідність проведення тієї чи іншої процедури встановлюється лікарем на підставі медичних показників.

         Рівні втручання та рівні дії належать до третьої й четвертої груп радіаційно-гігієнічних регламентів, що нормують дозове навантаження в умовах радіаційних аварій і при опроміненні від техногенно-підсилених джерел природного походження. Під рівнем втручання розуміють деякий рівень дози опромінення, при перевищенні якої необхідно застосовувати конкретний контрзахід. Рівні втручання є похідними величинами від рівнів дії й визначаються у вигляді таких показників, які можуть бути виміряні й при перевищенні яких може розглядатися питання про втручання:  потужність поглинутої дози в повітрі, об'ємна активність радіонуклідів у повітрі, щільність забруднення, природна радіоактивність мінеральної сировини, будівельних матеріалі, питної води та ін. У випадку радіаційних аварій розрізняють рівні втручання і рівні дії для термінових, невідкладних та довгострокових заходів, числові значення яких наведені у відповідних додатках НРБУ-97.

Список використаної літератури:

1.Вальтер А.К., Залюбовский И.И. Ядерная физика // Харьков: Вища школа. – 1978. – 424 с. 

2. Вишневський І.М. Актуальні проблеми ядерної фізики //Тези доповідей Всеукраїнського з’їзду „Фізика в Україні.” – Одеса -2005.- С.19. 

3.Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. Т.1. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. –К, 1999.–532 с.

4. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика // М: Атомиздат. – 1974. 

5.Ракобольская И.В. Ядерная физика // М: Изд. Московского университе-та. – 1981. – 280 с. 

6. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Ч. 2. // М: Наука. – 1989. – 416 с. 

7. Ситенко О.Г., Тартаковський В.К. Теорія ядра // Київ: Либідь. – 2001. -608с. 

8. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика // М: Наука. – 1972. – 672с. 

9. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике // М: Наука. – 1977. – 944с. 

Калькулятор расчета пеноблоков смотрите на этом ресурсе
Все о каркасном доме можно найти здесь http://stroidom-shop.ru
Как снять комнату в коммунальной квартире смотрите тут comintour.net

Comments: