Качественные задачи
1.Посредством каких химических элементов можно осуществить цепную реакцию?
2. Что можно сказать о сравнительной величине массы ядра и суммы масс его нуклонов?
3. Каким образом из ядра радиоактивного вещества может выбрасываться электрон (бетта-радиоактивный процесс), когда в состав ядра входят только протоны и нейтроны?
4. Как изменяется атомный вес и номер элемента при выбрасывании из ядра:
а) протона;
б) нейтрона;
в) гамма-кванта?
5. На сколько уменьшается масса ядра, когда из него вылетает гамма-квант?
6. Как изменяются массовое число и номер элемента при выбрасывании из ядра позитрона?
7. Какие существуют экспериментальные методы изучения частиц и радиоактивных излучений?
8. Что лежит в основе обнаружения и исследования свойств радиоактивных изучений?
9. В чём различие принципов действия камеры Вильсона и пузырьковой камеры? Каковы преимущества пузырьковых камер перед камерой Вильсона?
10. Какими явлениями сопровождается радиоактивный распад ядра? Охарактеризуйте ионизирующие излучения, возникающие при радиоактивном распаде ядер.
11. Какова физическая природа альфа-, бетта-, и гамма- излучений? Дайте схему альфа-распада, бетта-распада. Сформулируйте для них правило смещения.
12. Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах?
13. Где больше длина пробега альфа-частицы: у поверхности Земли или в верхних слоях атмосферы?
14. Почему треки частиц, наблюдаемые в камере Вильсона, быстро исчезают?
15. Под действием какой силы альфа- и бетта- излучения отклоняются в магнитном поле?
16. Чем гамма-излучение отличается от рентгеновского?
17. Когда ионизирующая способность альфа-частиц меньше, чем у гамма-излучения?
18.Чем обусловлена потеря энергии альфа-частицей при её движении в воздухе?
19. Изменяется ли химическая природа элемента при испускании гамма-лучей его ядрами?
20. Какое из трёх альфа-, бетта-, и гамма- излучений не отклоняется в магнитном и электрическом полями?
Задачи по радиоэкологии
Жизнь беззащитна
И любовь-нежна
И Разум Землю
Облагает данью
И точная Ответственность
Должна
Сопутствовать
Великому познанью. (М Дудин)
Надпись на атомном реакторе. 1985г.
1. Природа не "запрограммировала" в живых организмах радиоактивный цезий - 137. Однако у людей и животных он присутствует и продолжает накапливаться. Почему?
2. Каким фактором вызывается поражающее воздействие радиоактивных веществ на живые организмы?
3. В Киеве средняя плотность загрязнения радиоактивными элементами составляет менее 1 кюри на кв. км, в то же время в г. Плавске Тульской области после аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) - до 15 кюри на 1 кв. км (как в Народичах). Как это можно объяснить?
4. Вынос радиоактивных веществ за пределы 30-километровой зоны происходит в основном путём водного переноса. В Киевское водохранилище выносится около 344 кюри стронция. Пойма р. Припять (с. Красное) вследствие высокого загрязнения даёт до 40% выноса радиации. Считается, что наибольшую опасность представляет захороненный "рыжий лес" возле Яновского водозабора. Какая именно опасность грозит и как её предупредить?
5. На землях, загрязнённых радионуклидами, особенно строго следят за тем, чтобы весенняя обработка почвы производилась по возможности ранней весной, пока земля ещё влажная, или же после дождя и полива. Чем это обусловлено?
6. Летом 1986 г. в районе ЧАЭС предпринимались меры по предупреждению осадков: из самолётов рассыпались специальные вещества. для чего?
7. Во время чернобыльской аварии возник особый, не встречающийся ранее тип загрязнения. В результате горения графита образовались оксиды и карбиды радиоактивных металлов. Они плохо смываются водой с поверхности растений и почвы. растения всасывать их не могут. Какова дальнейшая судьба этих соединений?
8. Директор национального центра исследований в области атомной энергетики М. Танака (Япония) отметил, что в результате взрыва атомной бомбы над Хиросимой суммарные выбросы радиоактивных веществ составляли 0,74 кг, в результате аварии на ЧАЭС - 63 кг. Во сколько раз Чернобыль опередил Хиросиму? Почему загрязнение радионуклидами при ядерном взрыве в Хиросиме отличается от чернобыльского?
9. Во время запуска мощной ракеты - носителя целостность озонового слоя нарушается. При выведении на орбиту орбитальной станции с помощью ракеты - носителя "Сатурн 5" в ионосфере Земли образовалось "окно" диаметром 1800 км, которое затянулось через полтора часа. Запуск за короткий период 125 ракет - носителей приведёт к ликвидации озонового слоя. Какие последствия для живых организмов могут иметь "озоновые окна"? Есть ли альтернатива космическим кораблям? Какая?
10.Отработанные элементы космических ракет, остатки спутников после аварий иногда не полностью сгорают в атмосфере, падают на Землю со значительной разрушительной силой. В какой степени застрахованы атомные станции от встречи с такими объектами?
11. Почему к критическим группам населения, которые проживают на территориях, загрязнённых радионуклидами, относят детей младших возрастных групп, операторов сельхозмашин (трактористы, комбайнёры) и работников лесного хозяйства?
12. Почему загрязнение молока является одним из показателей, характеризующих радиоэкологическое состояние местности?
13. Почему среди рыб хищные виды наиболее загрязнённые?
14. Что такое "острый период облучения?"
15. Почему сразу после аварии, подобной чернобыльской, необходимо в качестве профилактики употреблять соединения йода?
16. Летом 1986г. в парках и скверах Киева было пробурено большое количество скважин. С какой целью? Были ли они использованы?
17. С какой целью на радиоактивно загрязнённых территориях производились известкование почв и внесение повышенных доз калийных удобрений?
18. Какая древесина должна быть чище - предназначенная на дрова или для строительства - и почему?
19. Почва загрязнена радиоактивным цезием - 137. Какие удобрения могут снизить его поглощение культурными растениями?
20. Почва загрязнена радиоактивным стронцием. В растениях щавеля, ревеня накапливается кальций, образующий с щавельной кислотой нерастворимые соли. В растениях картофеля накапливаются ионы калия. В растениях свёклы накапливается натрий. В каких из названных растений будет повышенное содержание стронция на радиоактивной почве?
21. Почему стронций, радий, иттрий, цирконий интенсивно включаются в костную ткань, а рубидий и цезий в мышечную?
22. Почему в районе ТЭС повышен радиоактивный фон?
Практические задания
Карточка №1
Рисунок 1
На фотографии видны треки ядер лёгких элементов (последние 22 см их пробега). Поле индукцией В = 2,17 Тл направлено перпендикулярно плоскости фотографии. Начальные скорости всех ядер одинаковы и перпендикулярны линиям поля.
вариант 1
1) Определите направление вектора индукции магнитного поля по треку IV. Почему траектории представляют собой дуги окружностей?
2) Почему трек в конце каждой частицы толще в конце пробега, чем в его начале?
3) Измерьте радиус кривизны трека I в начале пробега.
4) Частица I - протон. Определите его скорость в начале пробега и силу Лоренца, действующую на него.
вариант 2
1) Определите направление движения частицы III. Какова причина различия в кривизне траекторий различных ядер? Почему кривизна траекторий изменяется от начала к концу?
2) Объясните причины различия в толщине треков различных ядер.
3) Измерьте радиус кривизны траектории частицы I (протон) в конце пробега.
4) Определите по треку I скорость и кинетическую энергию протона в конце пробега.
Карточка №2
Рисунок 2
На фотографии видны треки частиц, движущихся в магнитном поле индукцией В = 2,2 Тл. Вектор индукции магнитного поля перпендикулярен плоскости фотографии. Нижний трек принадлежит протону, имеющему начальную кинетическую энергию Е = 1,6 МэВ.
вариант 1
1) Определите направление движения частиц. Объясните, почему трек протона к концу пробега толще?
2) По величине кинетической энергии протона вычислите её отношение к энергии покоя.
3) Определите центростремительное ускорение протона в начальный момент.
4) Почему кривизна траектории изменяется от начала к концу пробега?
вариант 2
1) Определите направление силовых линий магнитного поля. Почему кривизна траекторий различна?
2) По величине энергии протона определите его скорость в начале траектории.
3) Зная, что верхний трек принадлежит частице, имеющей одинаковую с протоном начальную скорость, определите отношение заряда к массе этой частицы.
4) Какой частице принадлежит этот трек? Почему он толще трека протона?
Карточка № 3
Рисунок 3
На снимке видны треки частиц, полученных при распаде ядер. Такие группы следов из-за их вида называют звёздами распада. Распады ядер газа, наполняющего камеру Вильсона, вызваны в данном случае действием быстрых нейтронов, движущихся снизу вверх. Камера помещена в магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости фотографии. Индукция поля В = 1,3 Тл. Звезда распада в точке а позволяет видеть полный пробег одного протона начальной кинетической энергией 1,8 МэВ (протон двигался влево вверх). Кроме того, звезда содержит ещё один протон и две альфа-частицы.
вариант 1
1) Определите направление силовых линий магнитного поля.
2) Укажите причины, по которым толщина трека увеличивается к концу пробега.
3) Измерьте радиус кривизны трека протона к концу его движения и вычислите его энергию в этом месте.
4) Определите, ядро какого элемента распалось в точке а, если известно, что здесь произошла реакция с захватом одного нейтрона, а при распаде, кроме двух протонов и двух альфа-частиц, образовались ещё три нейтрона.
вариант 2
1) Определите направление движения частицы.
2) Укажите причины, по которым кривизна трека увеличивается к концу пробега.
3) Определите начальную скорость протона и величину изменения его кинетической энергии в конце пути по сравнению с начальной.
4) Определите, ядро какого элемента распалось в точке а, если известно, что здесь произошла реакция с захватом одного нейтрона, а при распаде образовались два протона, две альфа-частицы и три нейтрона.
Карточка № 4
Рисунок 4
задание 1
На фотографии слева отображён косой удар двух шариков одинаковой массы. Один из шаров покоился до удара. Фотографирование проводилось при прерывистом освещении (тридцать вспышек в одну секунду). Масса каждого шара равна 173 г.
Измерив расстояния, пройденные шарами в промежутки времени между вспышками, вычислите скорость первого шара до взаимодействия, а также скорости первого и второго шаров после взаимодействия. При измерениях учтите, что на снимке все предметы изображены в уменьшенном масштабе. Линейка слева отградуирована в сантиметрах.
Измерьте величину угла между векторами скоростей шаров после удара. Проверьте расчётом закон сохранения импульса для данного удара. Проверьте закон сохранения импульса графически.
задание 2
Фотография столкновения двух протонов (так называемое рассеяние протонов на протонах) сделана непосредственно в фотоэмульсии (фото справа). Первый протон двигался снизу, как указано стрелкой.
Измерьте угол между треками частиц после взаимодействия. Сравните толщину треков.
Ответьте на вопросы:
а) Если первая, движущаяся снизу, частица определена как протон, то на каком основании можно утверждать, что и вторая частица является протоном?
б) Какие ещё особенности треков подтверждают это?
в) Какой способ идентификации частиц основан на явлении, зафиксированном на фотографии?
задание3
Определите по приведённым трекам неизвестную частицу, на которую налетела указанная частица.