Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Застосування комп’ютерних технологій під час вивчення ядерної фізики

Скачати 206.78 Kb.

Застосування комп’ютерних технологій під час вивчення ядерної фізики




Скачати 206.78 Kb.
Дата конвертації25.03.2017
Розмір206.78 Kb.


Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Управління освіти і науки Кіровоградської облдержадміністрації

Кіровоградська Мала академія наук учнівської молоді

Наукове товариство учнів „Дивосвіт”




Секція: фізики

Застосування комп’ютерних технологій

під час вивчення ядерної фізики
Роботу виконав:

Бельман Сергій Ігорович,

учень 11-A класу

Кіровоградського обласного

загальноосвітнього навчально –

виховного комплексу гуманітарно -

естетичного профілю (гімназія –

інтернат – школа мистецтв)

Науковий керівник:

Буряк Юрій Володимирович,

викладач фізики та інформатики

Кіровоград – 2011 р.

Юрій Володимирович (†1288 або 1290) - пінський князь, син Володимира Володимировича з роду Ізяславичів. Літопис повідомляє про нього, що це був князь «кроткий, смирный, правдивый», і «вси люди плакахуся по немь плачемъ великим».
Я́дерна фі́зика - розділ фізики, який вивчає структуру і властивості атомних ядер, та механізми ядерних реакцій (в тому числі радіоактивний розпад).



Зміст


Вступ 3

Розділ 1 4

Розробка презентацій та моделюючих програм по основним темам ядерної фізики 4

Дослід Резерфорда 4

Відкриття радіоактивних елементів 6

Радіоактивний розпад 7

Атомний реактор 8

Дозиметри.

Радіоакти́вність (від лат. radio - «випромінюю» radius - «промінь» і activus - «дієвий») - явище мимовільного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.
Я́дерний реа́ктор - пристрій для одержання енергії за рахунок керованої реакції поділу ядра.
Вимірювання радіоактивності 9

Висновки 14

Додатки 15

Список використаної літератури 25




Вступ


Ядерна фізика вивчає структуру і властивості атомних ядер. Вона досліджує також взаємоперетворення атомних ядер, що відбуваються в результаті як радіоактивних розпадів, так і різних ядерних реакцій. Ядерна фізика тісно пов’язана з фізикою елементарних часток, будовою і роботою прискорювачів заряджених частинок, ядерною енергетикою.
Ядро́ - центральна частина атома, в якій зосереджена основна частина маси атома (понад 99,9 %). Ядро має позитивний заряд, і саме від величини заряду ядра залежить, який хімічний елемент представлений атомом.
Елемента́рна части́нка - збірний термін, що стосується мікрооб'єктів в суб'ядерному масштабі, які неможливо розщепити на складові частини. Їх будова й поведінка вивчається фізикою елементарних частинок.
Ядерна реакція - явище перетворення ядер атомів хімічних елементів і елементарних частинок. Ядерні реакції можуть відбуватися спонтанно, або у зіткненнях частинок речовини з високою енергією. Спонтанні ядерні перетворення є причиною природної радіоактивності.
Прискорювач заряджених частинок - пристрій для отримання заряджених частинок (електронів, протонів, іонів) великих енергій. Прискорення досягається за допомогою електричного поля, здатного змінювати енергію частинок, що мають електричний заряд.

Пропонована робота присвячена дослідженню радіоактивних розпадів,

ядерної енергії, будові і роботі ядерних реакторів, досліду Резерфорда та створенні на основі цього презентацій, тестів, моделюючих програм.

При вивченні в школі фізики атомного ядра досить важко уявити деякі явища мікросвіту та макросвіту, оскільки, в одних випадках, вони не спостерігаються в реальному житті, а в інших – не перевіряються експериментальним шляхом у фізичній лабораторії. З огляду на це даний навчальний матеріал вичається тільки теоретично, не підкріплюючи вербальну інформацію експериментом, що суттєво знижує рівень підготовки учнів з фізики.

На основі розроблених нами тестів, презентацій та моделюючих програм можна самостійно вивчати тему «Фізика атомного ядра» в основній школі, використовувати на уроках фізики для наочності навчального матеріалу, що не можна продемонструвати за допомогою експериментів в шкільних умовах, під час проведення пазакласних заходів.

Актуальність теми. Сьогодні активно впроваджуються в навчальний процес з фізики комп’ютерна техніка, електронні навчальні посібники та програмно-методичні комплекси, що зумовлюють потребу розробки нових засобів інформаційних технологій в практику навчання фізики.

Навчальний посібник - видання, яке частково доповнює або замінює підручник у викладі навчального матеріалу з певного предмета, курсу, дисципліни або окремого його розділу, офіційно затверджений як такий.
Інформаці́йні техноло́гії, ІТ (використовується також загальніший / вищий за ієрархією термін інформаційно-комунікаційні технології (Information and Communication Technologies, ICT) - сукупність методів, виробничих процесів і програмно-технічних засобів, інтегрованих з метою збирання, опрацювання, зберігання, розповсюдження, показу і використання інформації в інтересах її користувачів.


Метою роботи є розробка різноманітних компютерно-орієнтованих засобів вивчення фізики атомного ядра для учнів 9 класів.

Завданнями дослідження є розробка навчальних дисків, тестів, презентацій, моделюючих програм для ефективного вичення і перевірки знань із застосуванням компютерно-орієнтованих технологій навчання.

Розділ 1

Розробка презентацій та моделюючих програм по основним темам ядерної фізики


Дослід Резерфорда

Англійський фізик Ернест Резерфорд народився в Новій Зеландії, неподалік від м.

Ерне́ст Ре́зерфорд (англ. Ernest Rutherford; 30 серпня 1871, Брайтвотер, Нова Зеландія, Британська імперія - 19 жовтня 1937, Кембридж, Англія, Британська імперія) - британський фізик, лауреат Нобелівської премії з хімії (1908).
Нельсон. Він був одним з 12 дітей колісного майстра й будівельника Джеймса Резерфорда і Марти (Томпсон) Резерфорд. Спочатку Резерфорд відвідував початкову й середню місцеві школи, а потім став стипендіатом Нельсон-колледжу, приватної вищої школи, де виявив себе талановитим студентом, особливо в математиці.
Ви́щий навча́льний за́клад (ВНЗ, виш, вуз) - освітній, освітньо-науковий заклад, який заснований і діє відповідно до законодавства про освіту, має один з чотирьох рівнів акредитації, реалізує відповідно до наданої ліцензії освітньо-професійні програми вищої освіти за певними освітніми та освітньо-кваліфікаційними рівнями, забезпечує навчання, виховання та професійну підготовку осіб відповідно до їх покликання, інтересів, здібностей та нормативних вимог у галузі вищої освіти, а також здійснює наукову та науково-технічну діяльність.
Завдяки успіхам у навчанні Резерфорд одержав ще одну стипендію, що дозволила йому вступити в Кентербері-колледж у Крайстчерчі, одному з найбільших міст Нової Зеландії.

Експеримент, метою якого було перевірити існуючі моделі атома, був проведений у 1897-1898 роках Ернстом Резерфордом.

Багаторазово повторюючи дослід, Е. Резерфорд у 1911 році опублікував їх результати і висновки про те, що вдалося виявити позитивно заряджену частину атома – ядро атома, в якому зосереджена майже вся маса атома. Це ядро займає надзвичайно малу частину об’єму всього атома, а діаметр ядра становить приблизно одну стотисячну частину діаметра атома. Атом всередині порожній! Електрони обертаються навколо ядра на великій відстані, подібно до планет Сонячної системи, які обертаються навколо Сонця.

Навколо Сонця (англ. Ring Around the Sun) - науково-фантастичне оповідання Айзека Азімова, вперше опубліковане у травні 1940 журналом Future Fiction. Увійшло до збірки «Ранній Азімов» 1972.
Со́нячна систе́ма - планетна система, що включає в себе центральну зорю - Сонце, і всі природні космічні об'єкти, що обертаються навколо нього.
Саме тому модель атома Е.Резерфорда отримала назву «планетарної».

Якщо збільшити розмір атома до розмірів Землі, а його електрони, які розміщені на зовнішній межі атома і утворюють оболонку, подати у вигляді футбольних м’ячів, що котяться поверхнею Землі, то позитивно заряджене ядро атома буде мати розмір кулі діаметром 130 м, розміщене в самому центрі Землі.

Географі́чна оболо́нка (англ. geography envelope; нім. geografischer Mantel, m) - верхня комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок взаємопроникнення і складної взаємодії окремих геосфер - літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери.
Розділяти оболонку і ядро буде порожній простір у 6378 км!

Згадуючи через 20 років свої досліди, Е. Резерфорд коментував:

«Це було, напевне, найнеймовірніше явище, яке коли-небудь зустрічалось у моєму житті. Воно було майже таким же неймовірним, якби ви обстрілювали 15-дюймовими ядрами аркуш найтоншого паперу, а ядра би відскакували назад і влучали у вас. Після роздумів про це явище я впевнився, що це зворотнє розсіяння могло бути результатом тільки прямого влучання. Але, коли я виконав потрібні розрахунки, то побачив, що отриманий результат за величиною також неймовірний, за винятком того єдиного випадку, коли ви маєте справу з системою, у якій більша частина маси атома сконцентрована в надзвичайно малому ядрі.».

В науовій роботі використовується моделююча програма, яка демонструє цей дослід.



Також була розроблена презентація яку можна використовувати в навчальних цілях. Весь навчальний матеріал по даній темі узагальнено та систематизовано і виготовлено навчальний CD-диск. На цьому диску, згідно навчальної програми для 9-го класу розміщено власноруч навчальні матеріали: моделюючі програми, презентації, електронні тести, зібрано відеоматеріали, додатковий матеріал з цієї теми.

Використання цих матеріалів дає змогу урізноманітнити форми та методи вивчення ядерної фізики у 9-му класі, полегшити учням розуміння даного матеріалу, в зв’язку з тим, що проведення фронтального експерименту по цій темі неможливе в шкільних умовах.

Використаий матеріал досить простий та зрозумілий для кожного учня. Використовуючи цю інформацію учень може знайти всі необхідні основні поняття для закріплення своїх знань.

Відкриття радіоактивних елементів

Марі та П'єр разом розпочинають дослідження радіоактивних матеріалів. Вони помічають, що руда урану має набагато більшу радіоактивність, ніж можна було б очікувати, базуючись тільки на вмісті урану. Чоловік і дружина наполегливо шукають джерела додаткової радіоактивності. І виявляють два високорадіоактивні елементи, які згодом одержують назву «радій» і «полоній».



Радій був відкритий П'єром та Марією Кюрі з допомогою їх помічника Густава Бемона у 1898 році, полоній – того ж року в урановій смоляній обманці. Елемент був названий на честь батьківщини Марії Склодовської-Кюрі  Польщі.
Марі́я Склодо́вська-Кюрі́ (французьке ім'я - Марі́ Кюрі́, фр. Marie Curie, уроджена Марі́я Склодо́вська, пол. Maria Skłodowska; 7 листопада 1867(18671107) - 4 липня 1934) - французький фізик, хімік, педагог, громадська діячка польського походження.


Всі ізотопи радію радіоактивні. Радій випромінює α, β та γ промені, в залежності від ізотопу. 

По цій темі була розроблена презентація для кращого сприйняття інформації та засвоєння матеріалу.



Використані наукові відеоматеріали для детальнішого вивчення історії відкриття радіоактивних елементів.

Радіоактивний розпад

У 1939 р. було встановлено, що в результаті взаємодії ядра Урану-235 і нейтрона утворюється нове нестабільне ядро Урану, яке відразу розпадається на два осколки, що розлітаються з величезною швидкістю.

Під час поділу кожного ядра Урану звільняються 2-3 нейтрони. Ці нейтрони у свою чергу можуть спричинити поділ інших ядер Урану, які також випускають нейтрони, здатні викликати поділ ядер, і т. д. Таким чином спостереження радіоактивного розпаду в шкільних умовах неможливе. Тому була розроблена презентація, яка містить моделюючі програми, котрі дають змогу ознайомитись з цими процесами.

Атомний реактор

Презентація, розроблена по даній темі, містить моделюючі програми, які були розроблені мною з використанням програми Adobe Photoshop CS5.

З використанням цієї програми можливо створити анімації, які б допомогали при навчанні. З її допомогою була створена нами модель атомного реактора, яка демонструє принцип його дії.

Дозиметри. Вимірювання радіоактивності

В сучасних дозиметричних приладах найбільш розповсюджений іонізаціонний метод знаходження та вимірення іонізуючих випромінюваннь. Він заснований на використанні однієї з властивостей рідіоактивних речовин – іонізувати середовище, в якому вони розповсюджуються (тобто розщіплювати нейтральні молекули або атомні пари: додатні – іони і від’ємні - електрони). Якщо взяти замкнений об’єм газу і надати йому електричний струм, то ті електрони та іони, що утворюються при опроміненні прийдуть до упорядкованого руху: перші будуть переміщуватись до анода, другі – до катода. В результаті між електродами (анодом і катодом) виникає так званий іонізаційний ток, величина котрого прямо пропорційна поужності дози іонізуючого випромінювання.

Пряма́ пропорці́йність - стале відношення двох змінних величин. При збільшенні (зменшенні) однієї величини в декілька разів у стільки ж разів збільшується (зменшується) друга величина. Такі величини називаються прямо пропорційними.
Електри́чний струм (англ. electric current) - упорядкований, спрямований рух електрично заряджених частинок у просторі.
Іонізаці́йна радіа́ція - потоки електромагнітних хвиль або частинок речовини, що здатні при взаємодії з речовиною утворювати в ній іони. До іонізаційного випромінення відносять альфа-, бета-, гамма-промені, рентгенівське випромінювання, а також інші високоенергетичні заряджені частинки на кшталт протонів та іонів, отриманих у прискорювачах.
По силі іонізаційного тока можна судити про інтенсивність випромінюваннь.

Досліджено рівень радіоактивного випромінювання за допомогою радіометра "Прип'ять" в містах Помічна та Кіровоград, зроблена порівняльна таблиця, побудовано відповідний графік.

Згідно даних було виявлено, що рівень в обох містах значно вищій від норми.



Створення тестів по ядерній фізиці

На жаль, ППЗ для проведення тестування для учнів 7-9 класів з великою кількістю різнорівневих багатоваріантних тестів і завдань недостатньо. Наведемо приклад такого тесту, що складається із 12 запитань для зручності оцінювання знань учнів.



  1. Під дією яких частинок відбувається ланцюгова реакція поділу ядер урану в ядерних реакторах?
    Ланцюго́ва реа́кція - хімічна або ядерна реакція в якій поява проміжної активної частинки (радикала, атома або збудженої молекули - у хімічних, нейтрона - у ядерних процесах) викликає велику кількість (ланцюг) перетворень початкових молекул або ядер внаслідок регенерації активної частинки в кожному елементарному акті реакції (у кожній ланці).
    Ланцюгова ядерна реакція - послідовність одиничних ядерних реакцій, кожна з яких викликана частинкою, що є продуктом реакції на попередньому кроці послідовності. Прикладом ланцюгової ядерної реакції є ланцюгова реакція поділу ядер важких елементів, при якій більшість актів поділу ініційована нейтронами, отриманими при діленні ядер у попередньому поколінні.


  • протонів

  • нейтронів

  • електронів

  • ізотопів гідрогену

  1. В якому році і де було побудовано перший атомний реактор?

  • 1942 рік, Чикаго

  • 1954 рік, Обнінськ

  • 1947 рік, Рим

  • 1955 рік, Париж

  1. Які перетворення енергії відбуваються в ядерних реакціях?

  • ядерна енергія → теплова енергія

  • ядерна енергія → електрична енергія

  • хімічна енергія → ядерна енергія

  • теплова енергія → ядерна енергія

  1. Від чого залежить критична маса ядерного пального?
    Критична маса - у ядерній фізиці мінімальна кількість речовини, що ділиться, яка потрібна для початку самопідтримуваної ланцюгової реакції поділу. Ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів у такій кількості речовини дорівнює одиниці.
    Я́дерне па́ливо - речовина, яка використовується в ядерних реакторах для здійснення ланцюгової ядерної реакції поділу.


  • температури пального

  • геометричних розмірів пального

  • маси пального

  • хімічного складу пального

  1. В чому перевага ядерного палива перед іншими видами палива?

  • висока енергетична ефективність

  • простота конструкції АЕС

  • невисока вартість видобутку й переробки

  • необмежені запаси

  1. Коли сталася аварія на Чорнобильській АЕС?

  • 1 травня 1987 року

  • 26 березня 1986 року

  • 26 квітня 1986 року

  • 25 квітня 1991 року

  1. Як називаються ядерні реактори без сповільнювача нейтронів?

  • реактори на теплових нейтронах

  • економічні ректори

  • реактори на швидких нейтронах

  • реактори на повільних нейтронах

  1. Скільки виділяється енергії при поділі одного ядра атома урану ?

  • 100 МеВ

  • 200 МеВ

  • 300 МеВ

  • 400 МеВ

  1. Як називається маса ядерного пального, для якої коефіцієнт розмноження нейтронів дорівнює одиниці?
    Ефективний коефіцієнт розмноження нейтронів - кількість нейтронів, які викликають нову реакцію поділу, на один акт поділу ядра.


  • інертна маса

  • ядерна маса

  • релятивістська маса

  • критична маса

  1. Скільки має Україна АЕС та енергоблоків?

  • 5 АЕС та 15 реакторів

  • 4 АЕС та 13 реакторів

  • 3 АЕС та 14 реакторів

  • 5 АЕС та 14 реакторів

  1. Як називаються реактори, які виробляють більше ядерного пального, ніж споживають?

  • дослідницькі реактори

  • експериментальні реактори

  • реактор-розмножувачі

  • реактор на важкій воді

  1. Під час поділу одного ядра Урану-235 виділяться  енергії. Скільки енергії виділиться під час поділу ядер Урану, які мітяться в зразку масою 2 г?

  • 

  • 

  • 

  • 

Нами була розроблена програма для проведення тестувань по ядерній фізиці, яка створена за допомогою Delphi 7. Вона включає в себе запитання по всім темам ядерної фізики.

Проведення тестувань із застосуванням комп’ютерної техніки на уроках фізики дає можливість організувати активну самостійну роботу для кожного учня. При цьому учень отримує знання самостійно в індивідуальному темпі. Впровадження такого індивідуального підходу і підвищення ролі самостійної роботи дає змогу збільшити об’єм навчальної інформації, що засвоюється на уроці.



Висновки


Розроблена нами навчальні презинтації, тести та моделюючі програми дають змогу, з одного боку, допомогти учневі накопичити знання про фізику атомного ядра, усвідомити їх та виявити під час вирішення теоретичних та практичних завдань, з іншого – допомогти вчителю в подоланні методичних складностей, що виникають під час вивчення фізики атомного ядра з використанням комп’ютерно-орієнтованих технологій.

Існуючі навчальні складності зумовлені недостатнім станом наочності при вивченні фізики атомного ядра. З метою оптимального вивчення навчального матеріалу фізики атомного ядра в 9 класі нами пропонується використання різних форм та методів навчання таких як словесні, наочні, практичні – з висуванням проблем і залученням учнів до пошуку їх розв’язання.

Навча́ння - це організована, двостороння діяльність, спрямована на максимальне засвоєння та усвідомлення навчального матеріалу і подальшого застосування отриманих знань, умінь та навичок на практиці. Цілеспрямований процес передачі і засвоєння знань, умінь, навичок і способів пізнавальної діяльності людини.

З метою уникнення труднощів щодо формування понятійного апарату при вивченні атомної фізики ми пропонуємо системно та обґрунтовано застосовувати комп’ютерно-орієнтовані технології, що допоможе пояснити сутність різних ядерних явищ. На останніх уроках даного розділу, за допомогою розроблених нами презентацій, варто підкреслити значення ядерної фізики як наукової основи сучасної ядерної енергетики та ядерної техніки.

Я́дерна інженерія або ядерна те́хніка (англ. nuclear engineering) - галузь інженерії (техніки), що охоплює використання атомної енергії на основі досягнень ядерної фізики.
Атомна фізика - розділ фізики, що вивчає будову і властивості атомів та іонів, а також пов'язані з ними процеси. За сучасними уявленнями атом складається з важкого ядра та електронів, які оточують ядро і утворюють електронні оболонки.
Я́дерна енерге́тика або атомна енергетика - галузь енергетики, що використовує ядерну енергію для електрифікації і теплофікації; область науки і техніки, що розробляє методи і засоби перетворення ядерної енергії в електричну і теплову.

Атомна фізика – основа вчення про будову речовин і поля. Вивчення проблем перервності і неперервності матерії, дуалізму хвиль і частинок , взаємоперетворюваності частинок, матеріальності простору має дуже велике пізнавальне значення.

Застосування компютерно-орієнтованих технологій в процесі вивчення атомної фізики дає змогу не тільки поліпшити зручність та комфортність навчальної діяльності, посилити вплив на візуальні та вербальні інформаційні канали учнів, а в умовах профільної школи це засіб і метод профілізації.

Додатки


  1. Дослід Резерфорда

МЕТА ДОСЛІДУ. Виділити одну, з великої кількості існуючих, моделів атома.

ОБЛАДНАННЯ. Радій як джерело радіоактивного випромінювання альфа-частинок (альфа-частинка – це ядро атома гелію, яке складається з двох протонів і двох нейтронів), тонка золота фольга, прилад для реєстрації альфа-частинок (екран з покриттям, яке мало властивість світитись при попаданні на нього альфа-частинки).

ХІД ЕКСПЕРИМЕНТУ. Перш ніж перейти до опису експерименту проаналізуємо обране обладнання. На той час досить добре були досліджені основні параметри (заряд і маса) альфа-частинки. Зокрема, було відомо, що альфа-частинка володіє великою масою і електричним зарядом, величина якого теж була відома.

Електри́чний заря́д - фізична величина, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовини, що вступають в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q .
Золота фольга теж була взята невипадково. Золото - один з найважчих металів (густина золота - 19300 кг/м3), тому атоми золота дуже щільно розташовані один біля одного. Крім того кожен атом має 79 електронів, 79 протонів і 118 нейтронів.

Отже, якщо правильною є модель атома Дж.Томсона, Нагайка або Чичеріна, то більшість альфа-частинок має відбитись від фольги, як м’ячики від стіни, а тим, які зможуть протиснутись через гущавину атомів, доведеться зазнати числену кількість зіткнень, сотні тисяч разів змінювати свій напрямок. Робилось припущення про те, що альфа-частинки будуть розсіюватись, тобто вилітати із золотого листка у найрізноманітніших напрямках.

Знаючи це, Е. Резерфорд розмістив золоту фольгу між джерелом альфа-частинок і екраном і почав опромінювати золоту фольгу альфа–частинками. У ході експерименту науковець побачив, що більшість альфа-частинок пролітає крізь фольгу, не змінюючи свого напрямкую.


Мала кількість альфа-частинок відхилялась від свого початкового напрямку руху на значні кути. І зовсім поодинокі альфа-частинки відбивались від фольги і летіли в зворотному напрямку. Звідси Е. Резерфорд зробив висновок, що жодна з вище зазначених теорій не є правильною. Е.Резерфорд, на основі експерименту, стверджував, що атом всередині порожній, саме тому більшість альфа-частинок вільно пролітає крізь фольгу, не зазнаючи ніякого відхилення. Альфа-частинки, які відхилились від початкового напрямку на значні кути, найбільш ймовірно, пролітали недалеко від ядра атома золота і зазнали дії електричної сили відштовхування збоку ядра золота.

Отже, в центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро. Поодинокі альфа-частинки, які відбились від фольги, найімовірніше зазнали зіткнення з ядром атома золота. Це свідчить про те, що ядро атома має величезну масу, і можна вважати, що приблизно вся маса атома зосереджена в ядрі.

Дійсно, єдиним правдоподібним поясненням цьому явищу могло бути те, що позитивно заряджені альфа-частинки зустрічали на своєму шляху інші, ще більше сильніше позитивно заряджені частинки, заряд і маса яких були настільки великими, що альфа-частинки відлітали у бік і навіть назад, не дивлячись на свою величезну швидкість (близько 15 000 км/с), а відповідно і енергію.

Заряджена частинка - частинка, яка має електричний заряд. Зарядженими можуть бути як елементарні частинки, так і атоми, молекули і багатоатомні комплекси (кластери, пилинки, краплі). Заряд завжди кратний елементарному заряду.
Такі великі сили відштовхування не могли з’явитись у атома, позитивний заряд якого був рівномірно розподілений по всій сфері атома, як це було запропоновано Дж.Дж. Томсоном. Електрони, згідно моделі Е. Резерфорда, обертаються навколо ядра на значній відстані від нього. Ця відстань в сотні тисяч разів перевищує розміри самого ядра. На сьогоднішній день відомо, що радіус атома становить 10-10 -10-9 метра, а приблизний радіус ядра – 10-15 – 10-14 метра, отже, радіус атома приблизно в сто тисяч раз більший за радіус ядра.
А́томний ра́діус - величина, що визначається розмірами електронної оболонки атома і дорівнює середній відстані між ядром атома та найвіддаленішою орбітальною електронною оболонкою атома. Атомний радіус вимірюється в пікометрах або ангстремах.


  1. Радіоактивний розпад

У 1939 р. було встановлено, що в результаті взаємодії ядра Урану-235 і нейтрона утворюється нове нестабільне ядро Урану, яке відразу розпадається на два осколки, що розлітаються з величезною швидкістю.

Під час поділу кожного ядра Урану звільняються 2-3 нейтрони. Ці нейтрони у свою чергу можуть спричинити поділ інших ядер Урану, які також випускають нейтрони, здатні викликати поділ ядер, і т. д. Таким чином кількість ядер, що поділилися, швидко збільшується.



Цей процес одержав назву ланцюгова ядерна реакція. Дуже важливим є той факт, що ланцюгова ядерна реакція супроводжується виділенням величезної кількості енергії. Під час поділу кожного ядра Урану виділяється невелика кількість енергії — приблизно 3,2·10-11 Дж. Проте, якщо розпадуться всі ядра, що містяться, наприклад, в одному молі урану (6,02·1023 ядер), енергія, яка виділиться, дорівнюватиме приблизно 19,2·1012 Дж. Таку ж кількість енергії можна отримати, наприклад, при згорянні 450 т нафти!

Ланцюгова реакція, яка відбувається в урані й деяких інших речовинах, є основою для перетворення ядерної енергії на інші види енергії (теплову, електричну).

Я́дерна ене́ргія (атомна енергія) - внутрішня енергія атомних ядер, що виділяється при деяких ядерних перетвореннях.
Під час цієї реакції безперервно з'являються нові й нові осколки ядер, які летять із великою швидкістю. Якщо шматок урану занурити в холодну воду, то осколки гальмуватимуться у воді й нагріватимуть її. У результаті холодна вода стане гарячою або навіть перетвориться на пару. Саме так працює ядерний реактор, у якому відбувається процес перетворення ядерної енергії на теплову.

У реальних ядерних реакторах



ядерне паливо (уран або плутоній) розміщують усередині так званих тепловидільних елементів (ТВЕЛів). Продукти поділу нагрівають оболонки ТВЕЛів, і ті передають теплову енергію воді, яку в даному випадку ще називають теплоносієм.

Тепловидільни́й елеме́нт (ТВЕЛ) - головний конструктивний елемент активної зони ядерного реактора, в якому знаходиться ядерне паливо. У ТВЕЛах відбувається ділення важких ядер 235U, 239Pu або 233U, що супроводжується виділенням теплової енергії, яка потім передається теплоносію.
Тепло́ або Теплова́ ене́ргія - енергія руху атомів, молекул або інших частинок, з яких складається тіло. Теплова енергія може виділятися завдяки хімічним реакціям (горіння), ядерним реакціям (ядерний розпад і синтез), механічним взаємодіям (тертя).
Отримана теплова енергія перетворюється далі на електричну.





  1. Загальна будова реактору РМБК:

Загальна будова реактору РМБК:

1 – опорна металоконструкція;

2 – індивідуальні водяні трубопроводи;

3 – нижня металоконструкція;

4 – бічний біологічний захист;

5 – графітова кладка;

6 – барабан-сепаратор;

7 – індивідуальні пароводяні трубопроводи;

8 – верхня металоконструкція;

9 – розвантажно-завантажна машина;

10 – верхнє центральне перекриття;

11 – верхнє бічне перекриття;

12 – система контролю герметичності оболонок твелів;



  1. – головний циркуляційний насос.

  1. Інформація про дозиметри

Радіометр "Прип'ять" - прилад "Легенда", прилад - "Історія".

Розроблений більше 20 років тому на київському Заводі ім.

Років тому - шкала часу, що широко використовується в археології, геології та інших науках для датування подій в минулому. Оскільки час відрахунку змінюється, стандартна практика пропонує використання 1950 року як еталонної точки «сучасності».
Корольова (зараз НВО "Меридіан").

Найкращий для свого часу і найпопулярніший побутовий радіометр, починаючи з 90-х років минулого століття і по сьогоднішній день включно.

Радіометр "Прип'ять"



Основні технічні характеристики

Потужність експозиційної дози гамма- і рентгенівського випромінювань

0,01...19,99 мР/г

Потужність еквівалентної дози гамма- і рентгенівського випромінювань

0,1...199,9 мкЗв/г

Щільність потоку бета-випромінення

10...19999 час/см²*хв.

Межа припустимої основної відносної похибки (гама/бета)

±20%/±25%

Рабоча температура навколишнього повітря

-20... 40 °С

Живлення

9,0 В

Маса

0,25 кг

Габаритні розміри

145х73х37 мм

Радіометр "Прип'ять" - унікальний прилад довгожитель. Який ще електронний пристрій може похвалитись таким віком?

Електро́ніка (від грец. Ηλεκτρόνιο - електрон) - наука про взаємодію електронів з електромагнітними полями і про методи створення електронних приладів і пристроїв, в яких ця взаємодія використовується для перетворення електромагнітної енергії, в основному для передачі, обробки і зберігання інформації.

І так ще раз повторю, для свого часу це був High End радянських побутових радіометрів. Простіше кажучи, була "Прип'ять" і були всі інші.

Що ж було такого в радіометрі "Прип'ять" РКС-20.03, чого не було в "інших" радіометрів тих, що масово випускалися в 90-х роках минулого століття? Спершу короткий опишемо, що ж із себе вдавали ті самі "інши", що використовували практично без змін одну і ту ж перевірену схему та відрізнялися лише назвами і дизайном корпусу:

Верхня межа виміру ПЕД - 10 мР/г.

Похибка ±25-30%

Вимирюєма величина - гама (ну и все що вдастся зловити додатково :)

Живлення - 9В

Алгоритм роботи був досить простий - 40 секундний замір, 40 секундна індикація результату і обнулення.

Розробники радіометра "Прип'ять" запропонували іншу схему, дорожчу і складнішу елементну базу (чого вартий лише один розкішний АЦП!) і відповідно більш "просунуті" можливості.

Весь діапазон виміру МЕД розбили на два піддіапазони, що перемикались вручну:

1 - до 1,99 мР/г.

2 - до 19,99 мР/г.

Час заміру також можна було вибирати перемикачем:

20с. - для оперативної оцінки ПЕД (т.з. "пошуковий режим")

200с. - для точного виміру ПЕД.

Також з'явилася можливість вибирати за допомогою перемикача одиниці виміру: мР/ч и мкЗв/ч.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.

Вперше в побутовому приладі з'явилася можливість виміру потужності потоку бета-частинок (досить незграбна, по мірках сьогоднішнього дня. Для виміру бета, необхідно було виконати цілий ритуал: спочатку в режимі "бета" вимірювалася МЕД (гамма), потім із задньої панелі знімалася металева кришка-фільтр і вимірювалася гамма бета, потім з другого числа віднімалося перше і ми отримували кількість бета-частинок. Сучасні прилади на зразок тієї ж Тера МКС-05 виконують всі ці підрахунки самі, але тоді - сама можливість міряти побутовим радіометром потужність потоку бета-частинок, вже була великим проривом.

Основні технічні характеристики.Діапазони виміру Значення

Потужність експозиційної дози гамма- і рентгенівського випромінювань 0,01...

Рентге́нівське випромі́нювання, пулюївське випромінювання або Х-промені (англ. X-ray emission, roentgen radiation, нім. Röntgenstrahlung f) - короткохвильове електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 10 нм до 0.
19,99 мР/г

Потужність еквівалентної дози гамма- і рентгенівського випромінювань 0,1...199,9 мкЗв/г

Щільність потоку бета-випромінення 10...19999 час/см²*хв

Межа припустимої основної відносної похибки (гама/бета) ±20%/±25%

Рабоча температура навколишнього повітря -20... 40 °С

Живлення 9,0 В

Маса 0,25 кг

Габаритні розміри 145х73х37 мм

Окрім цього в приладу був вимикач звукового сигналізатора (пискавки) і кнопка контролю розряду батареї, при натисненню на яку на екран виводилося значення напруги батареї живлення (неймовірна для свого часу опція).

Якість виготовлення - типова для радянської побутової техніки.

Побутова техніка - техніка, що використовується в побуті. Призначається для полегшення домашніх робіт, для створення комфорту в повсякденному житті людини. Класифікується за значимістю (необхідна, бажана, можна обійтися), за розміром (мала побутова техніка і велика побутова техніка), цільовим призначенням тощо.
Пластик низької якості, збірка також не відрізняється акуратністю. Користування фіксатором кришки-фільтру вимагає певного тренування і наявності міцних нігтів.

До того ж це дуже слабке місце і фіксатор, при активному використанні, ламається максимум через місяць (в багатьох радіометрів -"старичков" кришка-фільтр тримається виключно за допомогою липкої стрічки). Не менш вразливе місце корпусу "Прип'яті" - місце кріплення телескопічної штанги. Явна конструктивна недоробка. Із-за досить великої маси приладу і тонкого пластика корпусу, слабо укріплене металевою пластинкою місце, досить швидко ламається, вириваючи цілий шматок пластика з корпусу приладу.

Зараз я користуюся новішим, компактнішим, економічнішим, з кращими, ніж в "Прип'яті", характеристиками і можливостями, приладом Терра МКС-05, але старий добрий радіометр Прип'ять РКС-20.03 стоїть на почесному місці мого робочого столу. Він це заслужив.

Що подобається: великий ЖК екран з чіткими цифрами.

Що не подобається: неохайний корпус.

Резюме.


Відмінний побутовий прилад. Був кращим свого часу. Але його час вже прошло.

Прип'ять РКС-20.30 у режимі виміру ПЕД (потужність експозиційної дози) -

19,91 мР/г

Перевищення межи виміру ПЕД

>20 мР/г

ПЕД в межах норми



19 мкР/г


Список використаної літератури





  1. Альперін М.М., Манакін Л.О. Теоретична фізика. Фізика ядра та елементарних частинок. – К.: Вища школа, 1979. – 150 с.

  2. Божинова Ф.Я. Фізика. 9 клас: Підручник для загальноосвітніх навчальних закладів.
    Шко́ла (від грец. σχολή - «відпочинок», пізніше «ті, кого повчають») - навчальний заклад, зазвичай початкової або середньої освіти, але також іноді й вищої (наприклад, Вища школа бізнесу) або спеціальної (наприклад, Київська школа економіки) освіти.
    – Х:Ранок, 2009. – 224 с.

  3. Бугайов О.І. Вивчення атомної та ядерної фізики в школі. – К.: Радянська школа, 1982. – 158 с.

  4. Бугайов О.І. Горбунцова Л.Г., Савченко В.І. Квантова фізика. – К.
    Ква́нтова меха́ніка - фундаментальна фізична теорія, що в описі мікроскопічних об'єктів розширює, уточнює і поєднує результати класичної механіки і класичної електродинаміки. Ця теорія є базою для багатьох напрямів фізики та хімії, включаючи фізику твердого тіла, квантову хімію та фізику елементарних частинок.
    : Радянська школа, 1988. – 88 с.

  5. Родина Н.А. Изучение физики атомного ядра в школе. – М.: Просвещение, 1966. – 163 с.

  6. Ю. Жук., «Можливості нової технології»., Освіта, – №10, 2003 р.

  7. М. Палтішев., «Психолого-педагогічні основи навчання фізики»., Освіта, – №6, 2002 р.;

  8. Буров В.А. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. – М.: Просвещение. – 1979. – 147–179 с.

  9. О.М. Желюк., «Компютерна техніка в навчальному курсі фізики»., Метод. рекомендації., – Рівне, РДПУ, 1994 р.;

  10. А. Сільвейстр «Актуалізація пізнавальної діяльності учнів на уроках з застосуванням НІТН»;

  11. Александров Г.Н. Программированное обучение и новые информационные технологии обучения // Информатика и образование. -1993. – №5. – с. 7–19.

  12. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика. – 1988. – 191 с.

  13. Миргородський Б.Ю., Шабель В.К. Демонстраційний експеримент з фізики: Механіка. К.: Радянська школа. – 1980. – 144 с.

  14. Сумський В.І. ЕОМ при вивченні фізики: Навч. Посібник / За ред. М.І. Шута. – К.:ІЗМН. – 1997. – 184 с.



Скачати 206.78 Kb.

  • Вступ
  • Розділ 1
  • Висновки
  • Додатки
  • Список використаної літератури