Фізика. 9 клас. Сиротюк

Задачі та вправи № 182-200. Фізика атома та атомного ядра. Фізичні основи атомної енергетики

Розв’язуємо разом

1. Що відбудеться, якщо ізольовану мідну кульку покрити полонієм, що випромінює α-частинки, і помістити її у вакуум?

Відповідь: полоній, втрачаючи позитивний заряд, надає кульці негативного заряду.

2. Який дослід пояснює малюнок 261?

Мал. 261

Відповідь: дослід Резерфорда, який доводить, що атом має планетарну будову.

3. Чому основна кількість α-частинок вільно проходить крізь золоту фольгу?

Відповідь: тому що позитивно заряджене ядро атома сконцентроване в малому об’ємі й лише окремі α-частинки можуть зіткнутися з ядром.

Рівень А

182. Які міркування дають підстави стверджувати, що позитивний заряд атома зосереджений у малому об’ємі та визначає масу атома?

183. Чому на меморіальній дошці, установленій на коледжі, де навчався Резерфорд, написано: «Він збудував собі пам’ятник недосяжний, який переживе століття»?

184. Чому радіоактивні препарати зберігають у товстостінних свинцевих контейнерах?

185. Чим зумовлене внутрішнє опромінення людини і яка його еквівалентна доза?

186. Чим зумовлене зовнішнє опромінення людини і яка його еквівалентна доза?

187. Чому нейтрони, які не спричиняють йонізації, негативно впливають на тканини людини?

188. Чому радіоактивні ізотопи Йоду-131 і Плутонію-239 дуже шкідливі для організму?

189. За допомогою «мічених атомів» учені встановили, що середня швидкість руху води від коренів по стовбуру і до гілок рослини дорівнює 14 м/год. Визначте, за який інтервал часу після поливання вода досягне верхівки яблуні висотою 7 м.

190. Чи є телевізор джерелом радіоактивного випромінювання?

191. Які радіоактивні речовини ви знаєте?

192. Як захиститися від дії йонізуючого випромінювання?

193. Чому свинець є найкращою речовиною для захисту від радіації?

194. Як зменшити чутливість організму до радіації?

Рівень Б

195. У яких регіонах України знаходяться найбільші поклади уранових руд? Яким способом добувають уран (мал. 262)?

Мал. 262

Мал. 263

196. Для чого лікарі-рентгенологи під час роботи користуються рукавицями, фартухом та окулярами, зробленими з матеріалів, що містять солі Плюмбуму?

197. Чому, працюючи в радіоактивно забруднених зонах, потрібно надягати спеціальне спорядження (мал. 263)?

198. Доза 1 Гр поглинутого випромінювання α-частинок чинить на живий організм приблизно таку саму біологічну дію, як і 20 Гр γ-випромінювання. Визначте коефіцієнт відносної біологічної ефективності для α-частинок.

199. Під час роботи атомного реактора в тепловидільних елементах нагромаджується значна кількість радіоактивних ізотопів різних хімічних елементів. Серед них ізотопи Йод-131, Йод-133, Йод-135. Періоди піврозпаду цих ізотопів відповідно дорівнюють 8 діб, 20 год, 7 год. Під час аварії на Чорнобильській АЕС викид цих ізотопів становив значну частину від загальної кількості. Визначте, яка частина кожного з ізотопів Йоду розпалася до кінця першого місяця після аварії на Чорнобильській АЕС.

200. Серед радіоактивних забруднень, спричинених аварією на Чорнобильській АЕС, найнебезпечнішими є довго живучі продукти поділу, такі як Стронцій-90, Цезій-137. Обчисліть час до моменту, коли активність цих забруднень зменшиться в 10 разів. Періоди піврозпаду їх відповідно становлять 28 і 30 років.

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА

Іваненко Дмитро Дмитрович (1904-1994) - доктор фізико-математичних наук, професор Московського університету ім. М.В. Ломоносова. Народився в Полтаві. Дід Дмитра з боку батька, як і багато хто з його роду, був священиком. Батько видавав газету «Полтавський вісник». У 1920 р. Дмитро закінчив полтавську гімназію, де за високу ерудицію мав прізвисько Професор.

У 1920-1923 рр. працював учителем фізики і математики в Полтавській трудовій школі. Одночасно навчався в Полтавському педагогічному інституті, який успішно закінчив. Тоді ж вступив до Харківського університету, працюючи ще і в Полтавській астрономічній обсерваторії. Згодом його перевели до Ленінградського університету, який закінчив у 1927 р.

Очолював відділ теоретичної фізики в Українському фізико-технічному інституті в Харкові, працював у Ленінградському фізико-технічному інституті, у науково-дослідних установах Томська і Свердловська. У 1940-1941 рр. був професором, завідувачем кафедри теоретичної фізики Київського університету. З 1943 р. - професор Московського університету, з 1949 р. також працював в Інституті історії природознавства і техніки.

Основні напрями наукової діяльності: теоретична фізика, теорія гравітації (тяжіння), історія фізики. Наприкінці лютого 1932 р. англійський фізик Джеймс Чедвік на сторінках англійського журналу «Nature» повідомив про відкриття третьої елементарної частинки - нейтрона, а вже у травні 1932 р. Іваненко виступив на сторінках цього самого журналу із статтею «Гіпотеза про роль нейтронів», у якій уперше висловив думку, що нейтрон поряд з протоном є структурним елементом ядра, і вперше сформулював протонно-нейтронну модель ядра, нині загальновизнану. Уже неможливо уявити шкільні підручники у світі без опису атомів з електронними оболонками та ядрами із протонів і нейтронів.

За дослідження з теорії електрона, що «світиться» під час швидкого руху по колу в магнітному полі, і сучасних проблем електродинаміки, викладених у монографії «Класична теорія поля» (1949), у 1950 р. разом з І.Я. Померанчуком і А.О. Соколовим удостоєний тогочасної державної премії.

Автор численних наукових праць, зокрема «Квантової теорії поля» (1952).

Піонером у галузі ядерних досліджень в Україні був Харківський фізико-технічний інститут. У 1932 р. вперше було здійснено розщеплення ядра атома Літію швидкими протонами на дві α-частинки (К.Д. Синельников, О.І. Лейпунський, А.К. Вальтер, Г.Д. Латишев). У 1939 р. в Харкові збудовано перший електростатичний прискорювач заряджених частинок на 2,5 МеВ, за допомогою якого Синельников і Вальтер дослідили поглинання швидких електронів речовиною. Вагомий внесок у розвиток ядерної фізики та ядерної енергетики зробив Олександр Ілліч Лейпунський.

Він одержав у 1934 р. перше непряме підтвердження гіпотези нейтрино, досліджуючи імпульси віддачі ядер під час α-розпаду. У 1935-1939 рр. під керівництвом Лейпунського досліджено взаємодію нейтронів з різними речовинами - водою, парафіном, залізом та нікелем (Г.О. Голобородько, Л.В. Розенкевич, Д.В. Тимощук).

Біля входу в УФТІ. Харків, 30-ті роки. Зліва направо: 1-й ряд - Л.В. Шубніков, О.І. Лейпунський, Л.Д. Ландау, П.Л. Капиця; 2-й ряд - Б.М. Фінкельштейн, О.М. Трапезнікова, К.Д. Синельніков, Ю.Н. Рябінін

У Києві ядерні дослідження почалися в 1944 р. під керівництвом Лейпунського. З 1946 р. цими дослідженнями в Інституті фізики АН УРСР керував Митрофан Васильович Пасічник. Учені вивчали взаємодії ядер з нейтронами радон-берилієвого джерела у 100 мКі.

У 1960 р. в Україні до ряду діючих установок введено експериментальний ядерний реактор ВВР-М з тепловою потужністю 10 МВт. З метою прискорення протонів збудовано електростатичний генератор у стисненому газі на енергію 2,5 МеВ для протонів.

В.Й. Стрижак, М.Д. Борисов з колективом розробили низьковольтні генератори протонів. З 1953 р. в Інституті фізики АН УРСР діяв циклотрон У-120, який давав змогу прискорювати протони, ядра дейтерію та α-частинки до енергій відповідно 6,8; 13,6 та 27,2 МеВ. Дослідження на ядерному реакторі дали важливі відомості про взаємодію нейтронів з різними речовинами, що потрібні для вибору конструкційних матеріалів під час будівництва промислових атомних електростанцій.

На ядерному реакторі працівники багатьох науково-дослідних інститутів досліджують вплив нейтронів і γ-променів на різні матеріали, рослини, мікроби та інші біологічні об’єкти. У 1964 р. було створено електростатичний генератор на 5 МеВ. На базі ядерних відділів Інституту фізики в 1970 р. в Академії наук України утворено Інститут ядерних досліджень. У 1977 р. тут було введено в експлуатацію ізохронний циклотрон У-240.

Поряд з експериментальними проводилися широкі теоретичні дослідження з ядерної фізики. Першою з теорії ядра була праця Лева Давидовича Ландау (1937), присвячена статистичній теорії ядер, яку він виконав у Харківському фізико-технічному інституті. Велике значення для розвитку ядерної фізики мали роботи одного із засновників Харківської школи фізиків-теоретиків, керівника відділу теоретичної фізики Українського фізико-технічного інституту (тепер - Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут»), академіка НАН України (1964) Олександра Ілліча Ахієзера, зокрема його монографія «Деякі питання теорії атомного ядра» (у співавторстві з І.Я. Померанчуком).