plik


ÿþ1. Atom i jego jdro 1. Atom i jego jdro Atom Atom skBada si z centralnie poBo|onego jdra i Atom skBada si z centralnie poBo|onego jdra i chmury elektronów kr|cych wokóB niego. chmury elektronów kr|cych wokóB niego. Jdro jest zbudowane z protonów oraz neutronów. Jdro jest zbudowane z protonów oraz neutronów. Te dwa skBadniki jdra zwane s nukleonami. Te dwa skBadniki jdra zwane s nukleonami. Atom Liczba protonów Z zawartych w jdrze nazywa si Liczba protonów Z zawartych w jdrze nazywa si liczb atomow pierwiastka. liczb atomow pierwiastka. CaBkowita liczba nukleonów w jdrze A zwana jest CaBkowita liczba nukleonów w jdrze A zwana jest liczb masow (stanowi sum liczb protonów Z liczb masow (stanowi sum liczb protonów Z i neutronów N). i neutronów N). A= Z + N A= Z + N Atom Oznaczenie atomów ró|nych pierwiastków: Oznaczenie atomów ró|nych pierwiastków: A (lub ZXA (lub XA X Z ) ) Z gdzie: gdzie: X  pierwiastek X  pierwiastek Z  liczba atomowa (liczba protonów) Z  liczba atomowa (liczba protonów) A  liczna masowa (liczba nukleonów Z+N) A  liczna masowa (liczba nukleonów Z+N) 235 Np. 92 U235 Np. U235 92 U 92 A=235 A=235 Z=92 N=235-92=143 Z=92 N=235-92=143 Uproszczone oznaczenie X-A: np. U-235 Uproszczone oznaczenie X-A: np. U-235 Budowa atomu i jego jdra Budowa atomu i jego jdra Czstka Aadunek Masa Czstka Aadunek Masa Elektron, e  trwaBa czstka Elektron, e  trwaBa czstka me=5,48597 × 10-4 u me=5,48597 × 10-4 u elementarna o ujemnym elementarna o ujemnym  1,60210 × 10-19 C  1,60210 × 10-19 C 9,10938 9,10938 × 10-31 kg 0 Badunku elektrycznym. Badunku elektrycznym. e -ð1 Proton, p  czstka Proton, p  czstka mp=1,0072766 u mp=1,0072766 u elementarna o dodatnim elementarna o dodatnim +1,60210 × 10-19 C +1,60210 × 10-19 C -27 -27 1,67262 × kg 1,67262 × kg 1 Badunku elektrycznym. Badunku elektrycznym. p 1 Neutron, n  czstka Neutron, n  czstka mn=1,0086654 u mn=1,0086654 u obojtny obojtny elementarna obojtna elementarna obojtna -27 -27 1,67481 × kg 1,67481 × kg 1 elektrycznie. elektrycznie. n 0 u  jedn. masy atomowej (j.m.a.) u  jedn. masy atomowej (j.m.a.) Izotopy Izotopy pierwiastka to atomy, których jdra zawieraj Izotopy pierwiastka to atomy, których jdra zawieraj te same liczby protonów lecz ró|ne liczby te same liczby protonów lecz ró|ne liczby neutronów. neutronów. PrzykBad: tlen wystpuje w przyrodzie w postaci PrzykBad: tlen wystpuje w przyrodzie w postaci 16 17 18 trzech staBych izotopów: 16O, O i 18O. Znanych jest trzech staBych izotopów: O, 17O i O. Znanych jest dodatkowo pi niestaBych (promieniotwórczych) dodatkowo pi niestaBych (promieniotwórczych) Izotopy PrzykBad mieszanin izotopowych wystpujcych w przyrodzie PrzykBad mieszanin izotopowych wystpujcych w przyrodzie Pierwiastek Masa Izotop UdziaB w atomowa mieszaninie % 1 H 1,00797 H 99,985 2 H 0,015 16 O 15,9994 O 99,759 17 O 0,037 18 O 0,204 234 U 238,03 U 0,01 235 U 0,72 238 U 99,27 Znaczenie w reaktorach jdrowych maj inne izotopy wodoru Znaczenie w reaktorach jdrowych maj inne izotopy wodoru 2 2 H -  ci|ki wodór  deuter - skBada si z jednego protonu i jednego neutronu (2-1) H -  ci|ki wodór  deuter - skBada si z jednego protonu i jednego neutronu (2-1) 1 1 3 3 H - tryt - jdro skBada si z jednego protonu i dwóch neutronów (3-1) H - tryt - jdro skBada si z jednego protonu i dwóch neutronów (3-1) 1 1 2. Defekt masy 2. Defekt masy i energia wizania i energia wizania Defekt masy Defekt masy Defekt masy (niedobór masy, deficyt masy)  ró|nica ”m Defekt masy (niedobór masy, deficyt masy)  ró|nica ”m midzy sum mas nukleonów (Z protonów i N neutronów) midzy sum mas nukleonów (Z protonów i N neutronów) wchodzcych w skBad jdra atomowego, a mas jdra wchodzcych w skBad jdra atomowego, a mas jdra (zwizanych nukleonów). (zwizanych nukleonów). ”m = Z·mp + N·mn  mj ”m = Z·mp + N·mn  mj Defekt masy Defekt masy PrzykBad 1 PrzykBad 1 4 Obliczy defekt masy dla izotopu helu He. 2 4 4 Jdro izotopu helu He skBada si z 2 protonów i 2 neutronów. Jdro izotopu helu He skBada si z 2 protonów i 2 neutronów. 2 2 Suma mas nukleonów w jdrze wynosi: Suma mas nukleonów w jdrze wynosi: 2·mp + 2·mn = 2· 1,00727 u + 2· 1,00866 u = 4,03186 u 2·mp + 2·mn = 2· 1,00727 u + 2· 1,00866 u = 4,03186 u 4 4 Masa jdra izotopu helu He wynosi: Masa jdra izotopu helu He wynosi: 2 2 mj = 4,00150 u mj = 4,00150 u Deficyt masy wynosi: Deficyt masy wynosi: ”m = (2·mp + 2·mn)  mj = 4,03186  4,00150 = 0,03036 u ”m = (2·mp + 2·mn)  mj = 4,03186  4,00150 = 0,03036 u Defekt masy i energia wizania Defekt masy i energia wizania Prawo Einstein a równowa|no[ci masy i Prawo Einstein a równowa|no[ci masy i energii mówi, |e wszystkim masom m energii mówi, |e wszystkim masom m odpowiada zdefiniowana liczba energii E odpowiada zdefiniowana liczba energii E równowa|nej tej masie: równowa|nej tej masie: E  energia czstki, eV E  energia czstki, eV m  masa czstki, g m  masa czstki, g E = m·c2 E = m·c2 c = 2,9978·108 m/s - prdko[ [wiatBa w pró|ni c = 2,9978·108 m/s - prdko[ [wiatBa w pró|ni 1 eV - Jednostka energii atomowej  jest to energia, któr otrzymuje 1 eV - Jednostka energii atomowej  jest to energia, któr otrzymuje czsteczka o Badunku elektrycznym jednego elektronu w polu czsteczka o Badunku elektrycznym jednego elektronu w polu elektrycznym o ró|nicy potencjaBu 1 V. elektrycznym o ró|nicy potencjaBu 1 V. 1 eV = 1,602·10-19 J; jednostki pochodne: keV, MeV, GeV 1 eV = 1,602·10-19 J; jednostki pochodne: keV, MeV, GeV 1 u = 1,6605656·10-27 kg = 931,478 MeV 1 u = 1,6605656·10-27 kg = 931,478 MeV Defekt masy i energia wizania Defekt masy i energia wizania Wówczas iloczyn niedoboru masy i kwadratu prdko[ci Wówczas iloczyn niedoboru masy i kwadratu prdko[ci [wiatBa w pró|ni jest równy energii wizania jdra: [wiatBa w pró|ni jest równy energii wizania jdra: ”E = ”m·c2 ”E = ”m·c2 Defekt masy przedstawia zatem mas, która przeksztaBciBa si Defekt masy przedstawia zatem mas, która przeksztaBciBa si w energi podczas hipotetycznego procesu syntezy jdra ze w energi podczas hipotetycznego procesu syntezy jdra ze swobodnych protonów i neutronów. swobodnych protonów i neutronów. T sam ilo[ energii nale|aBoby dostarczy do jdra celem T sam ilo[ energii nale|aBoby dostarczy do jdra celem rozBo|enia go na swobodne protony i neutrony. rozBo|enia go na swobodne protony i neutrony. Defekt masy i energia wizania Defekt masy i energia wizania PrzykBad PrzykBad 27 Obliczy energi wizania jdra izotopu Al. 13 Z= 27 P= 13 N= 14 Z= 27 P= 13 N= 14 Suma mas swobodnych nukleonów wynosi: Suma mas swobodnych nukleonów wynosi: m = 14*mn + 13*mp = 14*1,00866 u + 13*1,00727 u = 27,21591 u m = 14*mn + 13*mp = 14*1,00866 u + 13*1,00727 u = 27,21591 u 27 27 Masa jdra izotopu wodoru Al wynosi: Masa jdra izotopu wodoru Al wynosi: 13 13 mj = 26,9815384 u mj = 26,9815384 u ”m= 0,234373u ”m= 0,234373u Energia wydzielajca si w reakcji syntezy: Energia wydzielajca si w reakcji syntezy: E = ”m·931,5MeV = 0,234373·931,5MeV = 218 MeV E = ”m·931,5MeV = 0,234373·931,5MeV = 218 MeV Defekt masy i energia wizania Defekt masy i energia wizania PrzykBad 2 PrzykBad 2 2 Obliczy energi wizania jdra izotopu wodoru (deuteru) H powstajcego w 1 reakcji syntezy ze swobodnych protonów i neutronów. 2 Hipotetyczna reakcja syntezy jdra izotopu wodoru 2 H ma posta: Hipotetyczna reakcja syntezy jdra izotopu wodoru H ma posta: 1 1 1 1 2 0 1 1 2 0 n + p ’! H + ³ n + p ’! H + ³ 0 1 1 0 0 1 1 0 Suma mas swobodnych nukleonów wynosi: Suma mas swobodnych nukleonów wynosi: mn + mp = 1,00866 u + 1,00727 u = 2,01593 u mn + mp = 1,00866 u + 1,00727 u = 2,01593 u 2 2 Masa jdra izotopu wodoru H wynosi: Masa jdra izotopu wodoru H wynosi: 1 1 mj = 2,01355 u mj = 2,01355 u Energia wydzielajca si w reakcji syntezy: Energia wydzielajca si w reakcji syntezy: E = ”m·931,5MeV = (2,01593 u  2,01355 u)·931,5MeV = 2,22 MeV E = ”m·931,5MeV = (2,01593 u  2,01355 u)·931,5MeV = 2,22 MeV mj mn+p mj mn+p Defekt masy i energia wizania Defekt masy i energia wizania Energia wizania odniesiona do jednego nukleonu  Energia wizania odniesiona do jednego nukleonu  [rednia energia, która musi by dostarczona do jdra, aby [rednia energia, która musi by dostarczona do jdra, aby oderwa od niego jeden nukleon oderwa od niego jeden nukleon (lub te| [rednia energia oddawana przez jdro przy pochBoniciu przez nie wolnego nukleonu). 2 (Z ×ð m +ð N ×ð m -ð m ) ×ð c DðE p n j =ð A A Im wiksza energia wizania na jeden Im wiksza energia wizania na jeden nukleon tym wiksza trwaBo[ jdra! nukleon tym wiksza trwaBo[ jdra! Najwiksza energi wizania na jeden nukleon, a wic i najwiksza trwaBo[ jdra Najwiksza energi wizania na jeden nukleon, a wic i najwiksza trwaBo[ jdra wykazuj pierwiastki o liczbie masowej ok. 60. wykazuj pierwiastki o liczbie masowej ok. 60. Energia wizania Najwiksza energi wizania na jeden nukleon, a wic i najwiksza trwaBo[ jdra Najwiksza energi wizania na jeden nukleon, a wic i najwiksza trwaBo[ jdra wykazuj pierwiastki o liczbie masowej ok. 60. wykazuj pierwiastki o liczbie masowej ok. 60. Wyzwolenie energii jdrowej, wystpujcej pod postaci energii wizania nukleonów, Wyzwolenie energii jdrowej, wystpujcej pod postaci energii wizania nukleonów, mo|liwe jest poprzez: mo|liwe jest poprzez: - syntez jder lekkich pierwiastków w jdra ci|sze - syntez jder lekkich pierwiastków w jdra ci|sze - rozszczepienie jder ci|kich pierwiastków w jdra l|ejsze - rozszczepienie jder ci|kich pierwiastków w jdra l|ejsze Energia wizania Energia wizania PrzykBad 3 PrzykBad 3 Obliczy energi jaka wydzieli si podczas hipotetycznej reakcji syntezy jder 2 3 izotopów wodoru H i H. 1 1 Reakcja syntezy ma posta: Reakcja syntezy ma posta: 2 3 4 1 2 3 4 1 H + H ’! He + n H + H ’! He + n 1 1 2 0 1 1 2 0 Bilans masy przed reakcj: Bilans masy przed reakcj: 2,014101 u (2 H) + 3,016049 u (3 H) = 5,030150 u 2,014101 u (2 H) + 3,016049 u (3 H) = 5,030150 u 1 1 1 1 Bilans masy po reakcji: Bilans masy po reakcji: 4,002603 u (4 He) + 1,008664 u (1 n) = 5,011267 u 4,002603 u (4 He) + 1,008664 u (1 n) = 5,011267 u 2 0 2 0 Energia jaka wydzieli si w reakcji syntezy: Energia jaka wydzieli si w reakcji syntezy: E = (5,030150 u  5,011267 u)·931,5 MeV = 17,59 MeV E = (5,030150 u  5,011267 u)·931,5 MeV = 17,59 MeV Energia wizania Energia wizania PrzykBad 4 PrzykBad 4 Obliczy energi jaka wydzieli si podczas hipotetycznej reakcji rozszczepienia 238 119 jdra uranu U na dwa takie same l|ejsze jdra U. Energia wizania dla pojedynczego nukleonu w jdrze 238U: ”EU-238 = 7,5 MeV/nukleon ”EU-238 = 7,5 MeV/nukleon Energia wizania dla pojedynczego nukleonu w jdrze 119U: ”EU-119 H" 8,4 MeV/nukleon ”EU-119 H" 8,4 MeV/nukleon Defekt masy wyra|ony w jednostkach energii atomowej: Defekt masy wyra|ony w jednostkach energii atomowej: ”E = ”EU-119  ”EU-238 = 8,4  7,5 = 0,9 MeV/nukleon ”E = ”EU-119  ”EU-238 = 8,4  7,5 = 0,9 MeV/nukleon CaBkowity defekt masy (energia wydzielana w reakcji rozszczepienia): CaBkowity defekt masy (energia wydzielana w reakcji rozszczepienia): E = A·”E = 238·0,9 MeV = 214 MeV E = A·”E = 238·0,9 MeV = 214 MeV Przy rozszczepieniu jdra pierwiastka ci|szego na dwa jdra pierwiastków l|ejszych uwalnia si energia ”E równa Przy rozszczepieniu jdra pierwiastka ci|szego na dwa jdra pierwiastków l|ejszych uwalnia si energia ”E równa ró|nicy energii wizania nukleonu w obu jdrach l|ejszych i w jdrze rozszczepianym. Energia wyzwalana jest gBównie w ró|nicy energii wizania nukleonu w obu jdrach l|ejszych i w jdrze rozszczepianym. Energia wyzwalana jest gBównie w postaci energii kinetycznej czstek - fragmentów rozszczepienia (85%) oraz ró|nego rodzaju promieniowania. Energia postaci energii kinetycznej czstek - fragmentów rozszczepienia (85%) oraz ró|nego rodzaju promieniowania. Energia kinetyczna fragmentów rozszczepienia, na skutek ich niespr|ystych zderzeD z innymi jdrami, zamienia si prawie kinetyczna fragmentów rozszczepienia, na skutek ich niespr|ystych zderzeD z innymi jdrami, zamienia si prawie caBkowicie w ciepBo. Energia wyzwalana jest wic zawsze w procesie tworzenia si jder o bardziej trwaBej konfiguracji z caBkowicie w ciepBo. Energia wyzwalana jest wic zawsze w procesie tworzenia si jder o bardziej trwaBej konfiguracji z jder mniej trwaBych. jder mniej trwaBych. Obliczenie [redniej energii wizania nukleonów w jdrach qð Znanych izotopów He qð Znanych izotopów He qð Znanych izotopów Li qð Znanych izotopów Li http://atom.kaeri.kr/ http://atom.kaeri.kr/ 4 4 3 3 He = 99,9999% He = 99,9999% He = 0,0001% He = 0,0001% 2 2 2 2 mj=4.0026032u mj=4.0026032u mj=3.0160293u mj=3.0160293u "m= 2*mp+ 2*mn -mj = .... "m= 2*mp+ 2*mn -mj = .... "m= 2*mp+ mn -mj= ... "m= 2*mp+ mn -mj= ... EHe-4 = "m*931,5 MeV =...... EHe-4 = "m*931,5 MeV =...... EHe-3 = "m*931,5 MeV = ...... EHe-3 = "m*931,5 MeV = ...... " E[r = (0,0001*EHe-3 + 99,9999*EHe-4 )/100 " E[r = (0,0001*EHe-3 + 99,9999*EHe-4 )/100

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
(cwiczenia trendy?nchmarking [tryb zgodności])id55
Automatyzacja w OiK (cwiczenie 2) ppt [tryb zgodnosci]
Automatyzacja w OiK (cwiczenie 4) ppt [tryb zgodnosci]
Automatyzacja w KiC (cwiczenie 4) ppt [tryb zgodnosci]
(Fizyka ćwiczenia Drgania [tryb zgodności])
Automatyzacja w KiC (cwiczenie 6) ppt [tryb zgodnosci]
Automatyzacja w OiK (cwiczenie 1) ppt [tryb zgodnosci]
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]
(Fizyka ćwiczenia Bryła sztywna [tryb zgodności])
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]
(18 fizyka jadrowa 10 [tryb zgodności])
fizyka jadrowa zast [tryb zgodności]
22 fizyka jadrowa skrót [tryb zgodności]id)515
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]
Chemia Jadrowa [tryb zgodnosci]

więcej podobnych podstron