Фізика. 9 клас. Бар’яхтар

Підбиваємо підсумки розділу IV. «Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики»

1. Вивчаючи розділ IV, ви згадали будову атома й атомного ядра, довідалися про ядерні сили.

2. Ви дізнались, як було відкрито явище радіоактивності, з’ясували природи радіоактивного випромінювання.

3. Ви ознайомилися з фізичними величинами, які характеризують радіоактивне випромінювання, радіонукліди та радіоактивні зразки.

Фізична величина	Формула для обчислення	Одиниця		Співвідношення між одиницями
		у СІ	позасистемна
Активність зразка	Α = λΝ	бекерель (Бк)	кюрі (Кі)	1 Кі = 3,7 • 1010 Бк
Поглинута доза	D = W/m	грей (Гр)	рад (рад)	1 рад = 0,01 Гр
Еквівалентна доза	H = KD	зиверт (Зв)	бер (бер)	1 бер = 0,01 Зв

4. Ви з’ясували, що внаслідок поглинання нейтрона важким ядром може відбутися самовільний поділ ядра, який супроводжується виділенням енергії, та дізналися, що реакція синтезу легких ядер теж супроводжується виділенням енергії.

Завдання для самоперевірки до розділу IV. «Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики»

Завдання 1-8, 10 містять тільки одну правильну відповідь.

1. (1 бал) У ядрі атома Берилію 4 протони і 5 нейтронів. Скільки електронів в атомі Берилію?

• а) 1 електрон;
• б) 4 електрони;
• в) 5 електронів;
• г) 9 електронів.

2. (1 бал) У ядрі хімічного елемента 33 протони та 43 нейтрони. Який це елемент?

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

3. (1 бал) На підставі дослідів із α-частинками Е. Резерфорд:

• а) запропонував нейтронно-протонну модель атомного ядра;
• б) пояснив явище радіоактивності;
• в) пояснив механізм ланцюгової ядерної реакції;
• г) запропонував ядерну модель будови атома.

4. (1 бал) При α-розпаді ядра атома деякого елемента утворюється ядро атома елемента, який у Періодичній системі хімічних елементів Д. І. Менделєєва розташований від вихідного елемента:

• а) на дві клітинки ліворуч;
• б) на дві клітинки праворуч;
• в) на одну клітинку праворуч;
• г) на одну клітинку ліворуч.

5. (2 бали) Заряд ядра атома деякого хімічного елемента становить 3,2 • 10^-19 Кл. Який це елемент?

• а) Калій;
• б) Гелій;
• в) Літій;
• г) Германій.

6. (2 бали) Пучок радіоактивного випромінювання розділяється, проходячи між зарядженими пластинами (див. рисунок). Яким є знак заряду кожної пластини?

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

7. (2 бали) Визначте активність радіоактивного зразка, якщо щогодини в ньому розпадається 7,2 • 10¹⁰ ядер. Активність зразка вважайте незмінною.

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

8. (2 бали) Термоядерна реакція синтезу відбувається за умови:

• а) поглинання ядром нейтрона;
• б) високої температури;
• в) низького тиску;
• г) наявності важких ядер.

9. (3 бали) Установіть відповідність між кількістю складників нукліда та власне нуклідом.

• 1 70 електронів
• 2 57 протонів
• 3 57 нейтронів
• 4 70 нуклонів
• А Неон ²¹₁₀Ne
• Б Галій ⁷⁰₃₁Ga
• В Рутеній ¹⁰¹₄₄Ru
• Г Лантан ¹⁴⁰₅₇La
• Д Ітербій ¹⁷³₇₀Yb

10. (3 бали) Яка з наведених нижче ядерних реакцій є реакцією β-розпаду?

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

11. (3 бали) Радон ²²²₈₆Rn послідовно зазнав двох α- і двох β-розпадів. Ядро якого елемента є продуктом цих розпадів?

12. (3 бали) У зразку міститься 1,6 • 10¹⁰ ядер ізотопу Бісмуту ²¹⁴₈₃Bi, період піврозпаду якого 20 хв. Скільки ядер Бісмуту залишиться у зразку через годину?

13. (3 бали) На даний момент часу в радіоактивному зразку міститься 2 • 10^-10 моль радію. Скільки ядер Радію розпадеться наступної секунди? Стала радіоактивного розпаду Радію λ = 1,37 • 10^-11 с^-1.

14. (4 бали) Середня доза випромінювання, поглинута працівником, що обслуговує рентгенівську установку, дорівнює 7 мкГр за 1 год. Чи безпечно працювати з цією установкою протягом 200 днів на рік по 6 год щоденно, якщо гранично допустима доза опромінення дорівнює 50 мГр на рік? Відомо, що природний радіаційний фон становить 2 мГр на рік.

15. (4 бали) Унаслідок трьох α- і двох β-розпадів деякого материнського ядра утворилося ядро Полонію 21384Ро. Визначте материнське ядро.

16. (4 бали) Визначте, яку масу Урану-235 витрачає за добу атомна електростанція потужністю 2 ГВт, якщо її ККД становить 25 %, а під час кожного поділу ядра ²³⁵₉₂U виділяється 3,2 • 10^-11 Дж енергії.

Звірте ваші відповіді з наведеними в кінці підручника. Позначте завдання, які ви виконали правильно, і визначте суму балів. Потім цю суму поділіть на три. Одержаний результат відповідатиме рівню ваших навчальних досягнень.

Тренувальні тестові завдання з комп’ютерною перевіркою ви знайдете на електронному освітньому ресурсі «Інтерактивне навчання».

Від експериментів Резерфорда до лікування хвороб

Більшість жителів нашої країни, пам’ятаючи про аварію на Чорнобильській АЕС, із великою підозрою ставляться до слова «радіація». Завершивши вивчення розділу IV, ви довідалися, що радіаційне випромінювання — це, звичайно, небезпечно. Але якщо дотримуватися правил безпеки, контролювати рівень радіаційного фону, вчасно вживати необхідних заходів, то небезпеку можна зменшити.

А чи може бути радіація корисною для організму? Виявляється, у випадку деяких захворювань для збереження життя пацієнта медики змушені фактично завдавати йому шкоди. Так, найпоширенішою формою радіаційної терапії є опромінення пацієнта γ-променями, проникна здатність яких є досить великою (рис. 1, 2). Однак під час опромінення хворого внутрішнього органа опромінюються й здорові частини тіла.

Рис. 1. Обладнання для радіаційної терапії

Рис. 2. Під час процедур медичний персонал розміщується в приміщеннях, захищених від радіації

Природним було прагнення фізиків вирішити цю проблему. Перше рішення — застосування іншого типу випромінювання. Виявилося, що прискорені до великих швидкостей протони мають певні переваги перед γ-випромінюванням. Відомо, що протони максимально ушкоджують місця поблизу своєї зупинки, а на інших ділянках траєкторії рівень ушкоджень є значно нижчим (рис. 3). Змінюючи енергію протонів, можна змінювати місця їхньої зупинки так, щоб ці місця припадали на хворі клітини. Тоді, як видно з рис. 3, рівень ушкодження здорових тканин буде істотно нижчим, ніж хворих. Причому доза опромінення ділянки «до горба» у десятки разів нижча, а «після горба» взагалі дорівнює нулю. На жаль, висока вартість використання прискорювача протонів не дозволяє зробити цей метод масовим.

Рис. 3. Схематичне зображення залежності ступеня ушкодження тканин (χ) від глибини пробігу (l) протонів

Ще один спосіб опромінення хворих тканин — бор-нейтрон-захоплювальна терапія (БНЗТ) — був запропонований порівняно недавно. Велика перевага БНЗТ — в її точності. Цю терапію можна порівняти з «агентом 007», що безпомилково і точно виконує своє завдання.

Ідея БНЗТ полягає ось у чому. Ключовим у терапії є ядро атома Бору. Саме воно, як геніальний воротар, уміє «ловити» нейтрони набагато краще, ніж будь-які інші ядра. Тому під час опромінення тканин нейтронами ядро Бору зуміє «впіймати» нейтрон, навіть якщо їх буде пролітати дуже мало. Ядра ж інших елементів практично не помітять цього опромінення, тобто шкідливу дозу опромінення нейтронами буде зведено до мінімуму.

Після того як ядро Бору «впіймає» нейтрон, воно зазнає радіоактивного перетворення й розпадається на ядро Літію та α-частинку (рис. 4), які мають кінетичну енергію, що може зруйнувати лише одну клітину. Отже, якщо доправити ядро Бору безпосередньо у хвору клітину, то тільки її і буде зруйновано (рис. 5). Доставку ядер Бору здійснюють спеціальні типи лікарських препаратів.

Рис. 4. Схема ядерних реакцій у разі влучення нейтрона в ядро Бору

Рис. 5. Схема проведення БНЗТ у випадках онкозахворювання мозку

Орієнтовні теми проектів

• 1. Ознайомлення з роботою побутового дозиметра.
• 2. Складання радіаційної карти регіону.
• 3. Радіологічний аналіз місцевих харчових продуктів.
• 4. Екологічні проблеми атомної енергетики.
• 5. Розщеплення атома: скринька Пандори чи вогонь Прометея?
• 6. Майбутнє Сонця та інших зір.

Теми рефератів і повідомлень

• 1. Великий адронний колайдер — шлях до вивчення будови Всесвіту.
• 2. Історія атома: від Демокріта до Резерфорда.
• 3. Цеглинки матерії, або Що таке кварки.
• 4. Науковий подвиг П’єра і Марії Кюрі (історія відкриття радію).
• 5. Як Резерфорд установив природу α-частинок.
• 6. Історія створення ядерного реактора.
• 7. Перші атомні електростанції.
• 8. Організація безпеки атомних реакторів.
• 9. Чорнобиль і Фукусіма — дві величезні ядерні катастрофи: що в них спільного, в чому різниця.
• 10. Термоядерний реактор — реактор майбутнього.
• 11. Драма ідей: історія атомної бомби.
• 12. Історія отримання штучних радіоактивних ізотопів.
• 13. Де і як застосовують штучні радіоактивні ізотопи.
• 14. Ядерно-фізичні методи вивчення віку археологічних знахідок.
• 15. Що таке радонові ванни.
• 16. Природна радіоактивність — безпечна чи небезпечна.
• 17. Хронологія атомної ери.
• 18. Атомні електростанції України.
• 19. Атомна енергетика світу.