fizyka_jadrowa_zadania.doc.doc

(40 KB) Pobierz
Fizyka jądrowa – zadania

 

Fizyka jądrowa – zadania

 

 

 

 

Zadanie 1

 

     Oblicz, na jaką minimalną odległość od jądra złota (Z=79) zbliży się cząstka a o energii  Eo=5,297 MeV, emitowana z promieniotwórczego jądra RaF ?

 

Rozwiązanie

     Korzystamy  ze  wzoru

                                  rmin=Ze2/2peoEo  

 

(przekształcona postać wzoru na zamianę energii kinetycznej w energię potencjalną w zderzeniu cząstki a  z jądrem).

 

     Przeliczamy energię cząstek  a wyrażoną w MeV na  J.

 

            Eo=mvo2/2 = 5,297 x 1,602 x 10-13 J =  8,486 x 10-13 J

 

     Podstawiamy do wzoru na  rmin

 

rmin= 79(1,602x10-19)2 / 2x3,14x(8,85 x 10-12) x (8,486x10-13)=

      = 4,2x10-14 m.

 

Odp. Cząstka a zbliży się do jądra złota na odległość rmin równą 4,2x 10-14  m.

 

Zadanie 2

 

     Oblicz związek między stałą rozpadu l i półokresem rozpadu T1/2.

 

Rozwiązanie

 

     Zgodnie z definicją T1/2 jest to czas, po którym połowa jąder ulega rozpadowi.

 

              N = Noe-lt

 

Zgodnie z definicją, po czasie  t=T1/2     N = No/2.

 

             No/2 =  Noe-lT1/2

 

             ½  = e-lT1/2      stąd

        

             - ln 2  = -lT1/2   i  obliczając otrzymujemy

 

             T1/2  =  0,693/l .

 

 

 

Zadanie  3

 

     Ilość rozpadów na sekundę w 1g węgla otrzymanego ze świeżo ściętego drzewa wynosi Ao. Oblicz wiek przedmiotu wykonanego z drewna, jeżeli wyznaczona dla niego aktywność  A1 = Ao/4 , a półokres rozpadu  T1/2 = 5568 lat.

 

 

 

Rozwiązanie

 

 

     Aktywność pierwiastków zmienia się zgodnie z relacją

 

           A1 = Aoe-0693t/T1/2       (wzór na liczbę atomów N

                                             ulegających rozpadowi)

 

Ponieważ  A1=Ao/4, to po podstawieniu do wzoru i podzieleniu obu stron równania przez Ao otrzymujemy

 

         ¼  = e –0,693t/T1/2

 

Logarytmujemy obie strony równania otrzymując

 

        ln ¼ = -ln2t/T1/2,

 

        -2ln2 = -ln2t/T1/2     czyli

 

        t =  2T1/2  =  11136 lat        (pomiar taki obarczony jest

                                                     błędem ±200 lat).

 

Odp.  Wiek przedmiotu wynosi  11136 lat.

 

 

 

Zadanie 4

 

     Jądro litu  73Li po wychwyceniu protonu rozpada się na dwie cząstki  a. Znaleźć wartość energii cząstek a wydzielonej w tej reakcji.

 

 

Rozwiązanie

 

     Masa jądra izotopu litu          =   7,01601 u

         ,,        ,,         ,,       helu         =   4,00260 u

         ,,        ,,         ,,       protonu   =   1,00727 u

 

Masa jądra litu oraz protonu wynosi

 

     mLi  +  mp  =  7,01601 u  +  1,00727  u  =  8,02328 u

 

od masy tej odejmujemy masę dwóch cząstek a

 

     2mHe  =  8,00520  u.

 

Obliczamy deficyt masy  Dm

    

     Dm  =  0,01808 u.

 

Ponieważ  1 u  =  1,66053 x 10-27 kg, to energia liczona ze wzoru

 

     E  =  Dmc2   

 

wynosi   E = 17,35 MeV.

 

     Odp.  W trakcie reakcji zostanie wydzielona energia  17,35 MeV.

 

 

 

 

 

 

Zadanie 5

 

     Zbiornik zawiera nieznaną objętość kwasu. Aby ją zmierzyć, do zbiornika wlano V0=10-2 m3 tego samego kwasu zawierającego izotop promieniotwórczy, przy czym aktywność próbki tej cieczy wynosiła Ao=105 rozpadów/s. Po dokładnym wymieszaniu cieczy w zbiorniku zmierzono aktywność takiej samej próbki i stwierdzono, że wynosi ona  A1=1,2x103 rozpadów/s. Jaka jest objętość cieczy w zbiorniku?

 

Rozwiązanie

 

     W objętości Vo znajduje się ściśle określona liczba no atomów pierwiastka promieniotwórczego, proporcjonalna do aktywności i objętości

 

          no = kAoVo     (k - stała proporcjonalności związana z

                                  objętością próbki).

 

  Ta sama liczba atomów promieniotwórczych po przemieszaniu cieczy znalazła się w objętości Vx + Vo , gdzie Vx oznacza szukaną objętość.

 

     no = kA1(Vx + Vo),     przyrównując obydwa równania

                                         stronami otrzymujemy:

 

     kAoVo  =  kA1(Vx  +  Vo),  przekształcamy wzór

 

     Vx  =  Vo(Ao/A1 – 1)

 

Po podstawieniu danych i uwzględnieniu jednostek otrzymujemy:

     Vx =  10-2  m3 (105/20  -  1)  =  50  m3

 

Odp.  Zbiornik zawiera 50 m3  kwasu.

 

 

Zadanie 6

 

     Oblicz ilość energii, jaka wydzieli się w trakcie rozszczepienia 1g izotopu  23592U odbywającego się zgodnie z podanym schematem.

 

23592U+10n®(23692U)®9842Mo+13654Xe+210n+4e+energia.

 

Ile kilogramów węgla o cieple spalania 2,48x107  J/kg  należy spalić, aby otrzymać tę samą ilość energii?

 

Rozwiązanie

 

      Przeprowadzamy bilans mas tej reakcji

 

masa  Mo      =     97,90551 u

  ,,       Xe       =   135,90772 u

  ,,       n         =       1,00866 u

  ,,      4e        =       0,00219 u

  ------------------------------------

Razem          =    234,82358 u

Masa 23592U  =    235,04393  u

 

Z bilansu mas wynika, że Dm  wynosi:

 

         Dm =  0,22035 u  =  3,6589 x10-28...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin