Физика. 9 класс. Барьяхтар

Подводим итоги раздела IV «Физика атома и атомного ядра. Физические основы атомной энергетики»

1. Изучая раздел IV, вы вспомнили строение атома и атомного ядра, узнали о ядерных силах.

2. Вы узнали, как было открыто явление радиоактивности, выяснили природу радиоактивного излучения.

3. Вы ознакомились с физическими величинами, характеризующими радиоактивное излучение, радионуклиды и радиоактивные образцы.

Физическая величина	Формула для вычисления	Единица		Соотношение между единицами
		в СИ	внесистемная
Активность образца	Α = λΝ	беккерель (Бк)	кюри (Ки)	1 Ки = 3,7 • 1010 Бк
Поглощенная доза	D = W/m	грей (Гр)	рад (рад)	1 рад = 0,01 Гр
Эквивалентная доза	H = KD	зиверт (Зв)	бэр (бэр)	1 бэр = 0,01 Зв

4. Вы выяснили, что вследствие поглощения нейтрона тяжелым ядром может произойти самопроизвольное деление ядра, сопровождающееся выделением энергии, и что реакция синтеза легких ядер тоже сопровождается выделением энергии.

Задания для самопроверки к разделу IV «Физика атома и атомного ядра. Физические основы атомной энергетики»

Задания 1-8, 10 содержат только один правильный ответ.

1. (1 балл) В ядре атома Бериллия 4 протона и 5 нейтронов. Сколько электронов в атоме Бериллия?

• а) 1 электрон;
• б) 4 электрона;
• в) 5 электронов;
• г) 9 электронов.

2. (1 балл) В ядре химического элемента 33 протона и 43 нейтрона. Что это за элемент?

• а) Технеций;
• б) Арсен;
• в) Уран;
• г) Аурум.

3. (1 балл) В результате опытов с α-частицами Э. Резерфорд:

• а) предложил нейтронно-протонную модель атомного ядра;
• б) объяснил явление радиоактивности;
• в) объяснил механизм цепной ядерной реакции;
• г) предложил ядерную модель строения атома.

4. (1 балл) При α-распаде ядра атома некоторого элемента образуется ядро атома элемента, который в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева расположен от исходного элемента:

• а) на две клетки влево;
• б) на две клетки вправо;
• в) на одну клетку вправо;
• г) на одну клетку влево.

5. (2 балла) Заряд ядра атома некоторого химического элемента составляет 3,2 • 10^-19 Кл. Какой это элемент?

• а) Калий;
• б) Гелий;
• в) Литий;
• г) Германий.

6. (2 балла) Пучок радиоактивного излучения разделяется, проходя между заряженными пластинами (см. рисунок). Каков знак заряда каждой пластины?

• а) пластина 1 «+», пластина 2 «-»;
• б) пластина 1 «-», пластина 2 «+»;
• в) пластина 1 «+», пластина 2 «+»;
• г) пластина 1 «-», пластина 2 «-».

7. (2 балла) Какова активность радиоактивного образца, если каждый час в нем распадается 7,2 • 10¹⁰ ядер? Активность образца считайте неизменной.

• а) 7,2 • 10¹⁰ Бк;
• б) 1,2 • 10⁹ Бк;
• в) 3,6 • 10⁸ Бк;
• г) 2 • 10⁷ Бк.

8. (2 балла) Термоядерная реакция синтеза протекает при условии:

• а) поглощения ядром нейтрона;
• б) высокой температуры;
• в) низкого давления;
• г) наличия тяжелых ядер.

9. (3 балла) Установите соответствие между количеством частиц и нуклидом.

• 1 70 электронов
• 2 57 протонов
• 3 57 нейтронов
• 4 70 нуклонов
• А Неон ²¹₁₀Ne
• Б Галлий ⁷⁰₃₁Ga
• В Рутений ¹⁰¹₄₄Ru
• Г Лантан ¹⁴⁰₅₇La
• Д Иттербий ¹⁷³₇₀Yb

10. (3 балла) Какая из приведенных ядерных реакций является реакцией β-распада?

• a) ²³⁵₉₂U + ¹₀n → X;
• б) ²³⁰₉₀Th → X + ²²⁶₈₈Ra;
• в) ²³⁴₉₀Th → X + ²³⁴₉₁Pa;
• г) ³₁Т + ²₁D → X + ⁴₂Не.

11. (3 балла) Радон ²²²₈₆Rn последовательно испытал два α- и два β-распада. Ядро какого элемента стало результатом этих распадов?

12. (3 балла) В образце содержится 1,6 • 10¹⁰ ядер изотопа Бисмута ²¹⁴₈₃Bi, период полураспада которого 20 мин. Сколько ядер Бисмута останется в образце через час?

13. (3 балла) На данный момент времени в радиоактивном образце содержится 2 • 10^-10 моль радия. Сколько ядер Радия распадется за следующую секунду? Постоянная радиоактивного распада Радия λ = 1,37 • 10^-11 с^-1.

14. (4 балла) Средняя доза излучения, поглощаемая человеком, работающим с рентгеновской установкой, равна 7 мкГр за 1 ч. Безопасно ли работать с этой установкой в течение 200 дней в год по 6 ч ежедневно, если предельно допустимая доза облучения равна 50 мГр в год? Известно, что естественный радиационный фон составляет 2 мГр в год.

15. (4 балла) В результате трех α- и двух β-распадов материнского ядра образовалось ядро Полония ²¹³₈₄Ро. Определите материнское ядро.

16. (4 балла) Определите, какую массу Урана-235 расходует за сутки атомная электростанция мощностью 2 ГВт, если ее КПД составляет 25 %, а при каждом делении ядра ²³⁵₉₂U выделяется 3,2 • 10^-11 Дж энергии.

Сверьте ваши ответы с приведенными в конце учебника. Отметьте задания, которые вы выполнили правильно, и подсчитайте сумму баллов. Затем эту сумму разделите на три. Полученный результат будет соответствовать уровню ваших учебных достижений.

Тренировочные тестовые задания с компьютерной проверкой вы найдете на электронном образовательном ресурсе «Интерактивное обучение».

Энциклопедическая страница

От экспериментов Резерфорда до лечения заболеваний

Большинство жителей Украины, помня об аварии на Чернобыльской АЭС, с настороженностью относятся к слову «радиация». Закончив изучение раздела IV, вы узнали, что радиационное излучение — это, конечно, опасно. Но если соблюдать правила безопасности, контролировать уровень радиационного фона, своевременно принимать необходимые меры, то опасность можно уменьшить.

А может ли радиация быть полезной для организма? Оказывается, при некоторых заболеваниях, чтобы сохранить пациенту жизнь, медики вынуждены фактически наносить ему вред. Так, самой распространенной формой радиационной терапии является облучение пациента γ-лучами, проникающая способность которых достаточно высока (рис. 1, 2). Но при облучении больного внутреннего органа облучаются и здоровые части тела.

Рис. 1. Оборудование для радиационной терапии

Рис. 2. Во время процедур медицинский персонал находится в помещениях, защищенных от радиации

Естественным было стремление физиков решить эту проблему. Первое решение — применение другого типа излучения. Оказалось, что ускоренные до больших скоростей протоны имеют определенные преимущества перед γ-излучением. Известно, что протоны максимально повреждают места вблизи своей остановки, а на других участках траектории уровень повреждений значительно ниже (рис. 3). Изменяя энергию протонов, можно изменять места их остановки так, чтобы эти места приходились на больные клетки. Тогда, как видно из рис. 3, уровень повреждения здоровых тканей будет значительно ниже, чем больных. Причем доза облучения участка «до пика» в десятки раз ниже, а «после пика» и вовсе равна нулю. К сожалению, высокая стоимость использования ускорителя протонов не позволяет сделать данный метод массовым.

Рис. 3. Схематическое изображение зависимости степени повреждения тканей (χ) от глубины пробега (l) протонов

Еще один способ облучения больных тканей — бор-нейтрон-захватывающая терапия (БНЗТ) — был предложен сравнительно недавно. Большое преимущество БНЗТ — в ее точности. Эту терапию можно сравнить с «агентом 007», безошибочно и точно выполняющим свое задание.

Идея БНЗТ заключается в следующем. Ключевым в терапии является ядро атома Бора. Именно оно, как гениальный вратарь, умеет «ловить» нейтроны намного лучше, чем любые другие ядра. Поэтому при облучении тканей нейтронами ядро Бора сумеет «поймать» нейтрон, даже если их будет пролетать очень мало. Ядра же других элементов практически не заметят этого облучения, то есть вред будет сведен к минимуму.

После того как ядро Бора «поймает» нейтрон, оно претерпевает радиоактивные превращения и распадается на ядро Лития и ос-частицу (рис. 4), обладающие кинетической энергией, которая способна разрушить только одну клетку. Следовательно, если доставить ядро Бора непосредственно в больную клетку, то после «взрыва» только она и будет разрушена (рис. 5). Доставку ядер Бора осуществляют специальные типы лекарственных препаратов.

Рис. 4. Схема ядерных реакций при попадании нейтрона в ядро Бора

Рис. 5. Схема проведения БНЗТ при онкозаболеваниях мозга

Ориентировочные темы проектов

• 1. Работа бытового дозиметра.
• 2. Составление радиационной карты региона.
• 3. Радиологический анализ местных пищевых продуктов.
• 4. Экологические проблемы атомной энергетики.
• 5. Расщепление атома: ящик Пандоры или огонь Прометея?
• 6. Будущее Солнца и других звезд.

Темы рефератов и сообщений

• 1. Большой адронный коллайдер — путь к изучению строения Вселенной.
• 2. История атома: от Демокрита до Резерфорда.
• 3. Кирпичики материи, или Что такое кварки.
• 4. Научный подвиг Пьера и Марии Кюри (история открытия Радия).
• 5. Как Э. Резерфорд установил природу ос-частиц.
• 6. История создания ядерного реактора.
• 7. Первые атомные электростанции.
• 8. Организация безопасности атомных реакторов.
• 9. Чернобыль и «Фукусима» — две крупнейшие ядерные катастрофы: что у них общее, в чем отличие.
• 10. Термоядерный реактор — реактор будущего.
• 11. Драма идей: история атомной бомбы.
• 12. История получения искусственных радиоактивных изотопов.
• 13. Где и как применяют искусственные радиоактивные изотопы.
• 14. Ядерно-физические методы изучения возраста археологических находок.
• 15. Что такое радоновые ванны.
• 16. Естественная радиоактивность: безопасная или опасная.
• 17. Хронология атомной эры.
• 18. Атомные электростанции Украины.
• 19. Мировая атомная энергетика.