Обнинск 2001

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.ЦЕЛЬ ПРЕПОДОВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Предмет изучения дисциплины – основы ядерной физики. Цель преподавания данной дисциплины – сообщение студенту фундаментальных знаний в системе подготовки инженеров по специальности, необходимые для усвоения последующих дисциплин ядерно-физического цикла и смежных дисциплин.

1.2. ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Сообщить студенту сведения в объеме, представленным в п. 2.1, необходимые для понимания основных процессов, протекающих в ядерно-физических установках, а также при измерениях основных параметров таких установок. После изучения курса студент должен знать основные явления, константы и порядки величин в ядерной физике.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. НАИМЕНОВАНИЕ ТЕМ И ИХ СОДЕРЖАНИЕ

ТЕМА 1. Общие характеристики ядер.

Состав, структура, обозначения ядер. Размеры и форма ядер. Массовое число и заряд. Характеристики нейтронов и протонов. Свойства возбужденных состояний: энергии, спины и четности, ширины и времена жизни. Протонно-нейтроная диаграмма.

ТЕМА 2. Масса и энергия связи ядер.

Масса и энергия ядер, единицы и способы измерения. Энергия связи всех нуклонов. Удельная энергия связи. Энергии связи отдельных нуклонов и групп нуклонов. Формула Вайцзеккера.

ТЕМА 3. Радиоактивность.

Типы радиоактивности. Радиоактивные семейства. Законы радиоактивного распада. Основные характеристики: энергия, период полураспада, среднее время жизни, постоянная распада. Активность. Активация.

Альфа-распад. Радиоактивные семейства. Энергетическая диаграмма. Энергетические спектры альфа-частиц. Кулоновский барьер. Тунельный эффект.

Бета-распад. Виды распада. Энергия распада. Энергетические спектры бета-частиц. Нейтрино.

Гамма-излучение ядер. Радиационные переходы и механизм внутренней конверсии. Долгоживущие возбужденные состояния. Эффект Мессбауэра.

ТЕМА 4. Ядерные реакции.

Классификация, обозначения, общие закономерности. Законы сохранения. Энергетическая диаграмма. Механизм составного ядра.

ТЕМА 5. Деление ядер.

Основные свойства. Спонтанное и вынужденное деление. Нейтроны деления. Выделение энергии. Осколки деления. Капельная модель деления.

ТЕМА 6. Прохождение заряженных частиц через вещество.

Кулоновское взаимодействие. Ионизационное торможение. Особенности прохождения альфа и бета- частиц.

ТЕМА 7. Регистрация ядерных излучений.

Ионизационный метод регистрации. Газоразрядные ионизационные детекторы. Сцинтилляционные детекторы. Полупроводниковые детекторы.

Трековые детекторы. Камера Вильсона. Пузырьковая камера. Искровая камера.

2.2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

2.2.1. Общие характеристики ядер и энергия связи.

2.2.2. Радиоактивность. Общие закономерности. Активация.

2.3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

2.3.1. Работа № 2. Исследование искусственной радиоактивности.

Работа № 5. Исследование поглощения гамма-излучения в веществе

3. ЛИТЕРАТУРА

1. Левин В.Е. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Атомиздат, 1975.

2. Холев С.Р. Основы ядерной и нейтронной физики. Обнинск: ОИАТЭ, 1983-1991.

3. Пустынский Л.Н. Детекторы ядерных излучений. Обнинск: ОИАТЭ, 2001.

4. Манохин В.Н., Матусевич Е.С. Физико-технические основы ядерной энергетики. Обнинск: ОИАТЭ, 1993.

5. Иродов И.Е. Сборник задач по атомной и ядерной физике, М., Энергоатомиздат, 1984.

6. Абрамов А.И., Пустынский Л.Н., Романцов В.П. Лабораторный практикум по курсу "Ядерная и нейтронная физика", Обнинск: ОИАТЭ, 1997.

4. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

4.1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОГО ЗАДАНИЯ

Прослушав установочные лекции и семинары, а также в результате самостоятельного изучения материала согласно программе, студент должен получить знания, достаточные для того, чтобы выполнить контрольное задание по изучаемому курсу. Задание состоит из письменных ответов на вопросы и решения задач.

Ответы на контрольные вопросы должны быть по возможности краткими, но исчерпывающими. Ответ должен содержать необходимые формулы, графики и пояснения. Рекомендуемый объем ответа на каждый вопрос – 0,5÷1,0 страница машинописного текста через полтора интервала. Допускаются рукописные ответы, без помарок, зачеркиванием и исправлений. Номера контрольных вопросов помещены в таблице 1.

В контрольное задание входит три задачи, данные для решения которых помещены в таблицах 2,3,4. Каждая задача должна быть решена в общем виде, т.е. необходимо получить рабочие формулы для вычисления требуемых величин. Все численные расчеты должны выполняться с сохранением такого количества значащих чисел, чтобы обеспечить точность, определяемую величинами в условиях задач. Обязательными являются необходимые пояснения в ходе решения задачи.

4.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Состав атомного ядра. Массовое число и заряд ядра.

2. Стабильные и радиоактивные ядра.

3. Какие ядра называются изотопами, изобарами, изотонами?

4. Основные характеристики нуклонов.

5. Протонно-нейтронная диаграмма.

6. Количество стабильных ядер и их характеристики.

7. Дорожка стабильности.

8. Единицы измерения массы ядер и частиц. Избыток масс атома.

9. Единицы измерения электрического заряда ядер и частиц.

10. Форма и размеры атомных ядер.

11. Энергия связи атомного ядра и ее физический смысл.

12. Удельная (средняя) энергия связи. Ее физический смысл.

13. Зависимость удельной энергии связи от массового числа и ее особенности.

14. Как вычислить энергию связи отдельных частиц в ядре?

15. Ядерные силы.

16. Зарядовая независимость ядерных сил.

17. Радиус действия ядерных сил.

18. Возбужденные состояния ядер. Характеристики возбужденных состояний ядер.

19. Капельная модель ядра.

20. Формула Вайцзеккера.

21. Радиоактивность естественная и искусственная.

22. Правило смещения атомов в периодической системе элементов при радиоактивном распаде.

23. Радиоактивные семейства.

24. Закон изменения числа радиоактивных ядер при распаде.

25. Характеристики скорости радиоактивного распада.

26. Активность вещества. Единицы измерения.

27. Получение искусственных радиоактивных ядер.

28. Накопление радиоактивных ядер со временем при активации.

29. Напишите уравнение альфа-распада в общем виде.

30. Основные характеристики альфа-частицы.

31. Как рассчитать энергию, выделяемую при альфа-распаде ядер?

32. Проникновение альфа-частиц через потенциальный барьер.

33. Бета-распад атомных ядер.

34. Три типа бета-распада. Внутриядерные превращения при бета-распаде.

35. Как рассчитать энергию, выделяемую при бета-распаде?

36. Энергетический спектр бета-частиц и его объяснение.

37. Энергетические состояния дочерних ядер при бета-распаде.

38. Гамма-излучение ядер.

39. Радиационные переходы.

40. Внутренняя конверсия.

41. Эффект Мессбауэра.

42. Какие процессы называются ядерной реакцией.

43. Реакции экзоэнергетические и эндоэнергетические.

44. Пороговые ядерные реакции.

45. Сечение ядерной реакции.

46. Основные типы ядерных реакций.

47. Термоядерные реакции.

48. Деление атомных ядер под действием нейтронов.

49. Энергия, выделяемая при делении и ее распределение.

50. Вторичные нейтроны деления. Запаздывающие нейтроны.

51. Возможность осуществления цепной реакции деления.

52. Потери энергии заряженных частиц на ионизацию.

53. Процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом.

54. Принцип действия счетчика Гейгера-Мюллера.

55. Принцип действия сцинтилляционного счетчика.

56. Принцип действия полупроводникового детектора.

57. Основные трековые детекторы.

Таблица 1.

Номера вопросов для контрольного задания

	Последняя цифра номера зачетной книжки студента
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки студента		-		-		-		-		-
		-		-		-		-		-
	-		-		-		-		-
		-		-		-		-		-
	-		-		-		-		-
		-		-		-		-		-
	-		-		-		-		-
		-		-		-		-		-
	-		-		-		-		-
		-		-		-		-		-

Правило пользования таблицей 1. Последняя цифра номера зачетной книжки определяет столбец с номерами вопросов, а предпоследняя цифра номера зачетной книжки - соответствующую строку с номерами вопросов.

4.3. ЗАДАЧИ

Задача 1

Изотопом какого химического элемента является нуклид ? Выразить в атомных единицах массы (а.е.м.) массу этого изотопа, энергию связи его ядра, удельную энергию связи, удельную массовую активность и активность m грамм этого изотопа, если его избыток масс (A,Z), а период полураспада равен .

Задача 2

Вычислить с помощью формулы Вайцзеккера энергию, которая выделяется при радиоактивном распаде типа Х ядра, имеющего Z протонов и N нейтронов.

Задача 3

Рассчитать толщину слоя материала М, необходимого для ослабления параллельного пучка гамма-квантов с энергией в n раз.

Последняя цифра номера зачетной книжки студента					N			Fe
				К-захват			Pb
				β^-			Бетон
				α			Fe
				β^+			Pb
				К-захват			Бетон
				n			Fe		2,5
				β^+			Pb
				β^-			Бетон
				α			Fe
Данные, входящие в задачу	A	Z	m, г	Х	Z	N	М	Е γ	n
№ задачи

Таблица 3

Свойств некоторых нуклидов

Z	Изотоп	Избыток масс Δ(A,Z), а.е.м.	Тип распада	Период полураспада Т1/2
	^14С	0,003242	β^-	5570 лет
	^13N	0,005739	β^+	10 мин.
	^24Na	-0,009033	β^-	15 час.
	^39Ar	-0,035679	β^-	265 лет
	^51Cr	-0,055214	К -захват	28 сут.
	^60Со	-0,066194	β^-	5,3 лет
	^90Sr	-0,09223	β^-	28 лет
	^128I	-0,09418	β^-, К-захват	25 мин.
	^198Au	-0,03176	β^-	2,7 сут.
	^204Те	-0,02611	β^-	4,1 лет

Таблица 4

Полный линейный коэффициент μ ослабления гамма-квантов, см^-1

Еγ, МэВ	Материал
Pb	Fe	Бетон
	0,77	0,47	0,15
	0.51	0,38	0,10
	0,47	0,28	0,085
	0,47	0,26	0,074
	0,48	0,25	0,067
	0,55	0,23	0,54

Составил Пустынский Л.Н.

Дата добавления: 2015-07-08