Учебно-методический комплекс Для специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» Москва 2009

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание 7. Темы рефератов Правила оформления контрольных работ и решения задач T (время, в течение которого распадается половина начального числа атомов) связан с постоянной распада соотношением: λ = ln2 / T Решение задач (111-120) Пример №2. Пример №4.

Подобный материал:

• Учебно-методический комплекс Специальность: 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 704.24kb.
• Учебно-методический комплекс Специальность: 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 705.83kb.
• Одобрено учебно-методическим советом факультета коммерции и маркетинга Учебно-методический, 789.72kb.
• Учебно-методический комплекс Для специальности 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 623.09kb.
• Учебно-методический комплекс Для специальности 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 968.84kb.
• Рабочая программа по дисциплине «Экспертиза непродовольственных товаров» для специальности, 116.67kb.
• Учебно-методический комплекс Для специальности 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 1000.2kb.
• Учебно-методический комплекс Для специальности: 080401 Товароведение и экспертиза товаров, 1272.71kb.
• Учебно-методический комплекс для специальностей 080111 Маркетинг 080401 Товароведение, 1101.73kb.
• Землянский Яков Яковлевич к Х. н., профессор учебно-методический комплекс, 1148.65kb.

7. Темы рефератов

0. 1.Рентгеновское излучение.
   
1. 2.Радиоактивность.
   
2. 3.Закон радиоактивного распада.
   
3. 4.Дозиметрические единицы измерения.
   
4. 5.Оссновные методы измерения ионизирующих излучений.
   
5. 6.Принцип работы счетчика Гейгера и ионизационной камеры.
   
6. 7.Поражающее действие излучений на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.
   
7. 8.Действие излучений на организм человека.
   
8. 9.Острая лучевая болезнь.
   
9. 10.Допустимые нормы общего облучения человека.
   
10. 11.Допустимые нормы содержания радионуклидов в основных кормах, в сельскохозяйственном сырье, в основных продуктах питания.
    
11. 12.Допустимые нормы содержания радионуклидов в изделиях бытового и хозяйственного назначения.
    
12. 13.Защита от ионизирующих излучений: физическая, химическая, биологическая.
    
13. 14.Пути поступления радионуклидов в организм человека.
    
14. 15.мероприятия по уменьшению содержания радионуклидов в продуктах растениеводства и животноводства.
    
15. 16.Ускоренное выведение радионуклидов из организма.
    
16. 
    

8. Темы контрольных работ


8.1. Темы контрольных работ для студентов очной формы обучения (определяет преподаватель)

1. Виды ионизирующих излучений и их характеристики.
   
2. Основные методы регистрации и измерения ионизирующих излучений. Дозиметрические единицы.
   
3. Биологическое действие излучений на организм человека.
   
4. Защита от ионизирующих излучений – физическая, химическая, биологическая.
   
5. Допустимые нормы содержащие радионуклидов в основных кормах, в сельскохозяйственном сырье, в основных продуктах питания, в изделиях бытового и хозяйственного назначения.
   

8.2. Темы контрольных работ для студентов

заочного отделения


Ниже приводится таблица (к) десяти вариантов контрольной работы

«Таблица вариантов к контрольной работе (к)»

Вариант
	1	2	3	4
1	101	111	121	131
2	102	112	122	132
3	103	113	123	133
4	104	114	124	134
5	105	115	125	135
6	106	116	126	136
7	107	117	127	137
8	108	118	128	138
9	109	119	129	139
0	110	120	130	140

В столбце «вариант» указан номер варианта контрольной работы, который равен последней цифре номера зачетной книжки.

В следующих четырех столбцах указаны номера заданий:

101-110- закон радиоактивного распада

111-120 - ядерные реакции

121-130 –типы ионизирующих излучений

131-140- методы регистрации ионизирующих излучений


ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ И РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

• Условия всех задач переписываются полностью, без сокращений.
  
• Все значения величин, заданных в условиях и привлекаемых из справочных таблиц, записываются для наглядности сокращенно(столбиком) в тех единицах, которые заданы, и в единицах той системы, в которой выполняются решения.
  
• Необходимо указать законы, которые должны быть использованы, и аргументировать возможность их применения для решения данной задачи.
  
• Вывод формул и решения задач следует сопровождать краткими, но исчерпывающими пояснениями.
  
• Использованные в формулах буквенные обозначения должны быть согласованы с обозначениями, приведенными в условии задачи. Дополнительные буквенные обозначения следует сопровождать соответствующими объяснениями.
  
• Каждая последующая задача в контрольной работе должна начинаться с новой страницы.
  
• В конце контрольной работы необходимо указать учебные пособия, учебники, использованные при ее выполнении, а также дату сдачи работы и поставить свою подпись.
  
• Если контрольная работа не допущена к зачету, то все необходимые дополнения и исправления представляют вместе с незачтенной работой. Исправления в тексте незачтенной работы не допускаются.
  
• Допущенные к зачету контрольные работы с внесенными уточнениями предъявляются преподавателю на зачете. Студент должен быть готов дать во время зачета пояснения по решению всех выполненных им задач.
  

Примеры решения задач.


Для решения первой группы задач 101 – 110 необходимо знать, прежде всего, закон радиоактивного распада, а также такие понятия, как постоянная радиоактивного распада, «период полураспада» радиоактивных веществ и «активность» радиоактивных изотопов.


Закон радиоактивного распада имеет вид:

N = N₀e^-λt ,

где N₀ – число радиоактивных атомов в начальный момент времени (t = 0); λ – постоянная радиоактивная распада.

Постоянная распада имеет смысл вероятности распада отдельного атома в единицу времени, а обратная ее величина 1/λ = τ определяет среднее время жизни отдельного радиоактивного атома.

Период полураспада T (время, в течение которого распадается половина начального числа атомов) связан с постоянной распада соотношением:

λ = ln2 / T (ln2 = 0,693).


Активностью α радиоактивного изотопа называется произведение числа радиоактивных атомов на постоянную распада:

α = λN.

Активность определяет число распадов в единицу времени и уменьшается со временем по закону радиоактивного распада.

Единицами активности является:

в системе СИ – 1 Беккерель = 1 распад / сек.

Внесистемная единица 1 Кюри = 3,7 ∙ 10¹⁰ Беккерелей характеризует активность 1г радия.

Вес (в граммах) любого радиоактивного изотопа, активности которого a (в Кюри) можно рассчитать на основании соотношения

m = 2,8 ∙ 10^-6ATa, T (годы) – период полураспада и A – атомный вес изотопа.

Активность a (в Кюри) 1грамма любого радиоактивного изотопа может быть найдена из соотношения:


а=3,57 ∙_10⁵

АТ

где Т берется в годах..


Пример №1. (пример решения задач первой группы 101-110)

За какое время распадается 20% атомов радиоактивного изотопа, если его период полураспада равен 4 суткам?

Решение. Из закона радиоактивного распада: N = N₀e^-λt определим время распада t, для чего сделаем следующие простые преобразования

N / N₀ = e^-λt → N₀ / N ∙ e^λt → ln (N₀ / N) = λt → t= =ln (N₀ / N) / λ.


С учетом связи между постоянной распада λ и периодом полураспада T : λ = ln2 / T, находим t = T ∙ ln (N₀ / N) ln2.

По условию за искомое время распадается на 20% от начального числа атомов. Следовательно, N = 0,8N₀ и N₀/N = 1,25.

Представляя численные значения в формулу для t, получим:

t= 4 ∙ ln1,25 / ln2 = 4 ∙ 0,223 / 0,693 = 1,29 суток = 30 ч 55 мин.


Решение задач (111-120)


Для решения заданий 111-120 необходимо как минимум знать, во-первых, смысл и значение индексов, стоящих около символов ядер различных химических элементов _zX^A (например, ₆C¹⁴ или ₁₂Mg²⁴ и т.д.), во-вторых, знать, что такое «дефект масс» в атомных ядрах и, наконец, в-третьих, что такое и как вычисляется «энергия связи» в атомных ядрах.

Ниже дается пояснение этих понятий.

Цифры около символов химических элементов ( _zX^A ) (например, ₆С¹⁴ или ₁₂Mg²⁴ означают следующее : нижняя цифра (помимо порядкового номера элемента в таблице Менделеева) означает количество протонов в соответствующих ядрах – ( ₆C и ₁₂Mg ) – означает соответственно 6 или 12 протонов; верхняя цифра C¹⁴ или Mg²⁴ означает суммарное количество протонов и нейтронов в этих ядрах ( 14 – для C¹⁴ и 24 – для Mg²⁴), т.е массовое число.

Энергия связи любого изотопа ∆W = c²∆m, (закон Эйнштейна) где c – скорость света в вакууме; ∆m – дефект массы, определяемой разностью между суммарной массой частиц, составляющих ядро, и массой самого ядра, т.е.

∆m = [Zm_p + (A – Z)m_n ] – m_я ,

где m_p – масса протона; m_n – масса нейтрона, m_я – масса ядра.

Изменение энергии при ядерных реакциях определяется соотношением:

∆W = c²(∑m₁ - ∑m₂),

где ∑m₁ – сумма масс частиц до реакции и ∑m₂ – сумма масс частиц после реакции. Если ∑m₁>∑m₂, то реакция идет с выделением энергии. При ∑m₁<∑m₂ энергия поглощается.

В ядерной физике в качестве единицы массы применяется атомная единица массы (а.е.м.); 1 а.е.м. = 1,66 ∙ 10^-27кг; 1 а.е.м. эквивалентна энергии равной 931 МЭВ (в соответствии соотношением Эйнштейна E=mc²).

Пример №2.

При бомбардировке альфа – частицей ядер изотопа бора – ₅В¹¹ образуется нейтрон. Написать уравнение соответствующей ядерной реакции. Какой изотоп образуется в результате этой реакции.

Решение. Зарядовое Z и массовое A числа альфа – частицы (изотопа гелия - ₂He⁴) изотопа бора -₅В¹¹и нейтрона соответственно равны: Z =2; Z=5;Z=0; и A = 4; А=11; А=1.

С учетом обозначения химических элементов можно написать:

₅B¹¹ + ₂He⁴ →_ZX^A + ₀n¹,

где _ZX^A – изотоп неизвестного элемента.

Так как суммарные зарядовые и массовые числа в отдельности до и после ядерной реакции остаются неизменными, то согласно законам сохранения электрического заряда и массового числа для неизвестного изотопа _ZX^A после несложного подсчета получаем Z = 5+2=7 и А =11+4-1= 14, что соответствует изотопу азота – 14.

В результате этой реакции образуется изотоп азот-14.

Пример №3.

С изотопами плутония ₉₄Pu²³⁹ происходит альфа-распад:

₉₄Pu²³⁹ → ₉₂U²³⁵ + ₂He⁴

При данном распаде освобождается энергия, большая часть которой составляет кинетическую энергию альфа-частиц. Часть этой энергии остается у ядер урана, которые отдают ее, испуская гамма-излучение. Определите скорость, с которой вылетает альфа-частицы при распаде ₉₄Pu²³⁹, если считать, что гамма-излучение уносит 0,09 МэВ энергии. Массы изотопов, участвующих в реакции:

m_Pu = 239,05122 а.е.м., m_U = 235,0299 а.е.м., m_He = 4,00260 а.е.м.

Решение. Изменение массы при распаде изотопа плутония

∆m = m_Pu – (m_U + m_He).

После подстановки численных значений получим:

∆m = 0,00563 а.е.м.

Освобождающаяся энергия ∆E = c²∆m

После перехода к единицам энергии – МэВ, имеем:

∆E = 0,00563 а.е.м. ∙ 931 Мэв/а.е.м. ≈5,24 Мэв

К альфа-частицам переходит часть энергии:

E_He = 5,24 МэВ – 0,09 Мэв = 5,15 Мэв = 5,12 ∙ 1,6 ∙ 10^-13 Дж,

где – (1 МэВ = 1,6 ∙ 10^-13 Дж)

Из формулы кинетической энергии:

m_He ν² / 2 = E_He

находим скорость ν альфа-частиц, принимая во внимание, что масса α-частиц в системе СИ равна 4,026(а.е.м.)=1,66 ∙ 10^-27=6,64 ∙ 10^-27кг, а энергия E_He =8,19 ∙ 10^-13 джоулей. Окончательно V=1.1 ∙ 10⁷ м/с.

Пример №4.

В результате соударения α – частицы с ядром атома бора ₅B¹⁰ образовались два новых ядра. Одним из этих ядер стало ядро атома водорода ₁H¹.

Определите порядковый номер и массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и определить ее энергетический эффект.

Решение. Обозначим неизвестное ядро символом _ZX^A. Так как α – частица представляет собой ядро гелия ₂He⁴, запись реакции имеет вид

₂He⁴ + ₅B¹⁰ → ₁H¹ + _ZX^A

Применив закон сохранения числа нуклонов, получим уравнение 4 + 10 = 1 + A, откуда А = 13. Применив закон сохранения заряда, получим уравнение 2 + 5 = 1 + Z, откуда Z = 6. Следовательно, неизвестное ядро является ядром атома изотопа углерода ₆C¹³. Окончательно записываем реакцию:

₂He⁴ + ₅B¹⁰ → ₁H¹ + ₆C¹³

В таблицах обычно указываются массы элементов в атомных единицах массы, а энергия в ядерной физике определяется в мегаэлектронвольтах (МэВ = 10⁶эВ = 1,6 ∙ 10^-13Дж).

В этих единицах c² = 9 ∙ 10¹⁶м²/с² = 931 МэВ/а.е.м.

Тогда, энергетический эффект Q ядерной реакции, выражаемый в мегаэлектронвольтах, определяется по формуле

Q = [(m_Не + m_B) – (m_p + m_c)] ∙ 931 МЭВ.

В соответствии с таблицей на стр. 10 массы участвующих в реакции изотопов следующие: m_Не = 4,00260 а.е.м., m_B= 10,01294 а.е.м., m_p = 1,00783 а.е.м., m_c=13,00335 а.е.м.

Подставляя указанные значения масс изотопов в соотношение для определения энергетического эффекта реакции получим: Q = [(4.00260+10.01294)-(1.00783+13.00335)] ∙ 931= +4.06 МЭВ.

Знак + означает, что энергия выделяется.


Задания для очной и заочной форм обучения.

1. Закон радиоактивного распада (задания 101-110)
   

101. Найти постоянную распада радона, если известно, что число атомов радона уменьшается за 1 сутки на 18,2%.
     

101. Определить число N атомов радиоактивного препарата йода ₅₃I¹³¹ массой m=0.5мкг,распавшихся в течение времени: 1) t₁ = 1мин; 2) t₂ = 7сут.
     

101. Определить активность А радиоактивного стронция ₃₈Sr⁹⁸, препарата массой m = 0.1 мкг.
     

101. Найти период полураспада Т_1/2 радиоактивного изотопа, если его активность за время t = 10 сут. уменьшилась на 24%, по сравнению с первоначальной.
     

101. Определить , какая доля радиоактивного изотопа актиния ₈₉Ac²²⁵ распадается в течение времени t = 6 сут.
     

101. Активность А некоторого изотопа за время t = 10 сут уменьшилась на 20%. Определить период полураспада T_1/2 этого изотопа.
     

101. Определить массу m изотопа йода ₅₃I¹³¹, имеющего активность А = 37 ГБк.
     

101. Во сколько раз уменьшится активность изотопа фосфора ₁₅P³² через время t = 20 сут.?
     

101. За какое время распадается 20% атомов радиоактивного изотопа, если его период полураспада равен 4 суткам?
     

101. Определить, какая доля радиоактивного изотопа углерода ₆C¹⁴ распадается за 2000 лет.
     

II. Ядерные реакции (задания 111-120)

101. Определите число протонов и нейтронов, входящих в состав двух изотопов углерода: 1) ₆C¹⁴ , 2) ₆C¹⁵ и двух изотопов магния: 3) ₁₂Mg²⁴ и 4) ₁₂Mg²⁵.
     

101. Вычислить энергию связи E_св ядра дейтерия ₁H² и трития ₁H³.
     

101. Вычислить энергетический эффект Q реакции ₄Be⁹ + ₂He⁴ → ₆C¹² + ₀n¹.
     

101. Вычислить энергетический эффект реакции ₃Li⁶ + ₁H¹ → ₂He³ + ₂He⁴.
     

101. Определите энергию связи ядра атома гелия ₂He⁴, если масса изотопа ₂He⁴ равна 4,00388 а.е.м., масса протона m_p= 1,00814 а.е.м., масса нейтрона m_n= =1,00899 а.е.м.
     

101. Определите энергию связи, приходящуюся на один нуклон в ядре атома бериллия ₄Be⁹, если масса изотопа бериллия ₄Be⁹ равна 9,01505 а.е.м.
     

101. Найти энергию, освобождающуюся при ядерной реакции: ₃Li⁷ + ₁H¹ → ₂He⁴ + ₂He⁴, если масса изотопа лития ₃Li⁷ равна 7,01823 а.е.м.
     

101. Определите энергию, выделяющуюся при термоядерной реакции: ₁H² + ₂He³ → ₁H¹ + ₂He⁴, если масса изотопа гелия ₂He³ равна 3,01699 а.е.м.
     

101. Дописать ядерную реакцию и определить порядковый номер и массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и определить ее энергетический эффект. ₈₈Ra²²⁶ → ? + ₂He⁴.
     

101. Дописать ядерную реакцию и определить порядковый номер и массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и определить ее энергетический эффект. ₉₀Th²³⁰ → ₈₃Ra²²⁶ + ?
     

III. Различные типы излучений (задания 121-130)

101. Рентгеновское излучение.
     

101. Естественная радиоактивность
     

101. Искусственная радиоактивность.
     

101. Процессы деления атомных ядер.
     

101. Космические лучи.
     

101. α – излучение.
     

101. β – излучение.
     

101. γ – излучение.
     

101. Нейтронное излучение.
     

101. Взаимодействие γ – излучения с веществом.
     

IV. Методы регистрации излучений (задания 131-140)

101. Методы регистрации космических лучей.
     

101. Методы регистрации рентгеновского излучения.
     

101. Методы регистрации α – излучения.
     

101. Методы регистрации β – излучения.
     

101. Методы регистрации γ – излучения.
     

101. Методы регистрации нейтронов.
     

101. Химические методы регистрации излучений.
     

101. Фотолюминесцентные методы регистрации излучений.
     

101. Регистрация излучений с помощью газоразрядных счетчиков.
     

101. Регистрация излучений с помощью сцинтилляционных детекторов.
     

Основные физические постоянные.

Физическая постоянная	Обозначение	Числовое значение
элементарный заряд	e	1,6 ∙ 10-19 Кл
гравитационная постоянная	G	6,67 ∙ 10-11 м3/кг ∙ с2
постоянная Планка	h	6,63 ∙ 10-34 Дж ∙ с
скорость света в вакууме	c	3 ∙ 108 м/с
масса электрона	me	9,1 ∙ 10-31 кг
1 атомная единица	масса (а.е.м.)	равна 1,66 ∙ 10-27 кг
масса протона	mp	1,00763 а.е.м.
масса нейтрона	mH	1,00867 а.е.м.
масса дейтерия	m(1H2)	2,01410 а.е.м.
масса трития	m(1H3)	3,016265 а.е.м.
масса гелия	m(2He3)	3,01699 а.е.м.
масса гелия	m(2He4)	4,00388 а.е.м.
масса лития	m(3Li6)	6,01512 а.е.м.
масса лития	m(3Li7)	7,01823 а.е.м.
масса бериллия	m(4Be9)	9,01505 а.е.м.
масса бора	m(5B10)	10,01294 а.е.м.
масса углерода	m(6C12)	12,0000 а.е.м.
масса радия	m(83Ra226)	226,02540 а.е.м.
Масса тория	m(90Th230)	230,03313 а.е.м.