2. Практические занятия

   1. Общие характеристики ядер и энергия связи.

   2. Радиоактивность. Общие закономерности. Активация.

   3. Ядерные реакции. Основные закономерности.

   4. Кинематика ядерных реакций. Сечения ядерных реакций.

   5. Ядерные реакции под действием нейтронов и взаимодействие нейтронов с веществом.

   6. Деление ядер.

2. Лабораторные работы

1. Работа № 2. Исследование искусственной радиоактивности.

2.3.2. Работа № 4. Изучение поглощения бета-частиц в веществе и определение максимальной энергии бета-спектра.

3. Работа № 5. Исследование поглощения гамма-излучения в веществе.

4. Работа № 9. Измерение потоков медленных нейтронов.

5. Работа № 10. Изучение диффузии тепловых нейтронов в воде.

6. Работа № 11 исследование замедления нейтронов в воде.

3. Литература

1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. Том I. Физика атомного ядра. М.: Атомиздат, 1974, 1986.

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

3. Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1985.

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

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

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

7. Абрамов А.И., Пустынский Л.Н., Романцов В.П. Лабораторный практикум по курсу "Ядерная и нейтронная физика". Часть 1, Обнинск: ОИАТЭ, 1997.

6. Пустынский Л.Н., Романцов В.П. Лабораторный практикум по курсу "Ядерная и нейтронная физика". Часть 2, Обнинск: ОИАТЭ, 1998.

4. Контрольные задания

4.1 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Прослушав установочные лекции и семинары, а также в результате самостоятельного изучения материала согласно программе, студент должен получить знания, достаточные для того, чтобы выполнить два контрольных задания по изучаемому курсу. Каждое 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, зачеркиваний и исправлений. Номера контрольных вопросов для каждого из контрольных заданий помещены в таблице 1 и таблице 2 соответственно.

В каждое контрольное задание входит три задачи, данные для решения которых помещены в таблицах 3,4,5. 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. Изомерные состояния.

41. Внутренняя конверсия.

42. Эффект Мессбауэра.

43. Какие процессы называются ядерной реакцией.

44. Законы сохранения в ядерных реакциях.

45. Реакции экзоэнергетические и эндоэнергетические.

46. Пороговые ядерные реакции.

47. Сечение ядерной реакции.

48. Механизмы ядерных реакций.

49. Составное ядро и его время жизни.

50. Резонансные реакции.

51. Характеристики резонансов.

52. Выход ядерной реакции.

53. Основные типы ядерных реакций.

54. Реакции под действием заряженных частиц.

55. Реакции под действием протонов и дейтонов.

56. Реакции под действием альфа-частиц.

57. Термоядерные реакции.

58. Ядерный фотоэффект.

59. Порог фотоядерных реакций.

60. Гигантский резонанс.

61. Реакции под действием нейтронов с образованием заряженных частиц.

62. Реакция радиационного захвата.

63. Резонансные реакции под действием нейтронов.

64. Деление атомных ядер под действием нейтронов.

65. Энергия, выделяемая при делении и ее распределение.

66. Запаздывающее энерговыделение.

67. Энергетический спектр осколков деления.

68. Распределение осколков по массам.

69. Вторичные нейтроны деления.

70. Запаздывающие нейтроны.

71. Энергетический спектр вторичных нейтронов.

72. Распределение количества мгновенных нейтронов.

73. Капельная модель деления.

74. Параметр делимости ядер.

75. Спонтанное деление ядер.

76. Энергетический барьер деления.

77. Делящиеся и сырьевые нуклиды.

78. Способность изотопов урана к делению тепловыми и быстрыми нейтронами.

79. Возможность осуществления цепной реакции деления.

80. Критические параметры.

81. Развитие цепной реакции деления во времени.

82. Роль запаздывающих нейтронов в управлении цепной реакцией.

83. Разделение нейтронов на энергетические группы.

84. Свойства нейтронов различных энергетических групп.

85. Замедление нейтронов.

86. Энергетический спектр замедляющихся нейтронов.

87. Длина замедления.

88. Диффузия тепловых нейтронов в средах.

89. Длина диффузии тепловых нейтронов.

90. Замедляющая способность среды.

91. Потери энергии заряженных частиц на ионизацию.

92. Процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом.

93. Общие свойства детекторов.

94. Газоразрядные детекторы.

95. Принцип действия сцинтилляционного счетчика.

96. Принцип действия полупроводникового детектора.

97. Регистрация быстрых нейтронов.

98. Регистрация тепловых нейтронов.

99. Детекторы прямого заряда.

100. Основные типы трековых детекторов.

Таблица 1.

Номера вопросов для контрольного задания № 1

		Последняя цифра номера зачетной книжки студента
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки студента	0	-	1	-	40	-	35	-	31	-	23
	1	12	-	19	-	34	-	6	-	38	-
	2	-	20	-	14	-	22	-	49	-	36
	3	48	-	39	-	16	-	28	-	13	-
	4	-	26	-	15	-	5	-	10	-	37
	5	30	-	18	-	24	-	17	-	45	-
	6	-	33	-	27	-	11	-	29	-	4
	7	25	-	7	-	43	-	32	-	42	-
	8	-	50	-	3	-	41	-	47	-	46
	9	9	-	2	-	21	-	44	-	8	-

Таблица 2.

Номера вопросов для контрольного задания № 2

		Последняя цифра номера зачетной книжки студента
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки студента	0	-	51	-	90	-	85	-	81	-	73
	1	62	-	69	-	84	-	56	-	88	-
	2	-	70	-	64	-	72	-	99	-	86
	3	98	-	89	-	66	-	78	-	63	-
	4	-	76	-	65	-	55	-	60	-	87
	5	80	-	68	-	74	-	67	-	95	-
	6	-	83	-	77	-	61	-	79	-	54
	7	75	-	57	-	93	-	82	-	92	-
	8	-	100	-	53	-	91	-	97	-	966
	9	59	-	52	-	71	-	94	-	58	-

Правило пользования таблицей 1 и таблицей 2. 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 d материала М, необходимого для ослабления параллельного пучка гамма-квантов с энергией в η раз.

Задача 4

Вычислить пороговые значения энергии налетающих частиц а в реакции: a +A → B + b.

Задача 5

Узкий пучок тепловых нейтронов проходит слой вещества М толщиной d и ослабляется в η раз. Определить эффективное сечение взаимодействия на ядро природного изотопного состава.

Задача 6

Какую долю первоначальной энергии теряет нейтрон при рассеянии на угол θ (в лабораторной системе координат) при упругом рассеянии на ядрах с массовым числом А.

Последняя цифра номера зачетной книжки студента	9		204			81			18						n			92			146						Fe			5				9
	8		198			7			9						К-захват			53			75						Pb			1				6
	7		128			53			7						β-			35			47						Бетон			2				5
	6		90			38			30						α			94			144						Fe			10				2
	5		60			27			25						β+			27			31						Pb			5				10
	4		51			24			15						К-захват			18			19						Бетон			3				5
	3		39			18			20						n			98			154						Fe			4				2,5
	2		24			11			12						β+			6			5						Pb			1				4
	1		13			7			10						β-			16			19						Бетон			10				10
	0		14			6			5						α			83			127						Fe			2				3
Данные, входящие в задачу			A			Z			m, г						Х			Z			N						М			Еγ				η
№ задачи			1												2												3
Последняя цифра номера зачетной книжки студента Последняя цифра номера зачетной книжки студента	9		n		27Al			27Mg			p			Ag			0,30			3			10,5		30				8
	8	p		7Li			7Be			n			Au			0,40			13			19,3		120				12
	7	n		17O			14C			α			Rh			0,25			13			12,4		90				4
	6	n		12C			9Be			α			Ag			1,0			60			10,5		120				2
	5	α		12C			14N			d			Rh			0,50			160			12,4		30				12
	4	α		7Li			10B			n			Au			0,75			125			19,3		90				9
	3	3H		p			3He			n			In			0,5			45			7,3		150				7
	2	p		3H			3He			n			B			0,05			185			2,3		120				4
	1	d		14N			12C			α			Li			0,10			150			0,53		90				2
	0	α		12C			14N			d			Cd			0,05			360			8,65		45				1
Данные, входящие в задачу			a		A			B			b			M			d, см			η			ρ, г/см3		θ, градус				A
№ задачи			4									5														6

Таблица 4

Свойств некоторых нуклидов

Z	Изотоп	Избыток масс Δ(A,Z), а.е.м.	Тип распада	Период полураспада Т1/2
0	n	0,008665	β-	10,3 мин
1	1H	0,007825
1	2H	0,014102
1	3H	0,016049	β-	12,3 года
2	4He	0,002604
3	7Li	0,016005
3	7Be	0,016931	K-захват	53 дня
4	9Be	0,012186
5	10B	0,012939
6	12C	0
6	14С	0,003242	β-	5570 лет
7	13N	0,005739	β+	10 мин.
7	14N	0,003074
8	17O	-0,000867
11	24Na	-0,009033	β-	15 час.
12	27Mg	-0,015655	β-	9,5 мин
13	27Al	-0,018465
18	39Ar	-0,035679	β-	265 лет
24	51Cr	-0,055214	К-захват	28 сут.
27	60Со	-0,066194	β-	5,3 лет
38	90Sr	-0,09223	β-	28 лет
53	128I	-0,09418	β-, К-захват	25 мин.
79	198Au	-0,03176	β-	2,7 сут.
81	204Те	-0,02611	β-	4,1 лет

Таблица 5

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

Еγ, МэВ	Материал
	Pb	Fe	Бетон
1	0,77	0,47	0,15
2	0.51	0,38	0,10
3	0,47	0,28	0,085
4	0,47	0,26	0,074
5	0,48	0,25	0,067
10	0,55	0,23	0,54

Составил Пустынский Л.Н.

14