ОҚУ-Әдістемелік кешен «нейтрондық физика» арнайы курсы

Нйетрондармен әсерлесудің әр-типі нейтрондарды тіркеу әдісінің негізгі принціпі бола алады. Белгілі бір әсерлесу түрін тандау реакция қимасының мәнімен және бөлшектің қасиетімен аңықталады. Нейтрондар детекторларында ядролардың зарядталған бөлшектерді бөлу реакциялары жүретін, заттарыд активтендіру болатын, радиациялық қармау болатын заттар пайдаланылады.

Нейтрондар энергияларына байланысты олардың тіркеу үшін әр-түрлә әдістер пайдаланылады. Е> 10 Мэв энергиясындағы нейтрондарды тіркеу көміртегі ядроларымен әсерлесу арқылы жүзеге асырылады. 0,1E энергиясындағы нейтрондарды 0,5кэВ энергияға дейін баяулатып оларды n+p=d+γ реакциясының өнімдері арқылы тіркейді немесе оларды жылулық энергияға дейін баяулату арқылы тіркеледі.

Баяу нейтрондарды тіркеу үшін жеіл ядролы заттар пайдаланылады. Литий, берилий, сутегі, гелий және т.б.Жеңі элементтер нейтронмен әсерлескенде альфа бөлшектер протондар бөлінеді. Ауыр ядроларды да пайдалану мүмкін. Ауыр ядроларды пайдаланған кезде олардың бөлінген жарықшаларын тіркейді. Немесе радиациялық қармау жүзеге асуы мүмкін. Радиациялық қармау болған кезде ядро гамма квант бөліп шығады. Реакция жарықшаларын, гамма кванттарын, альфа, бетта бөлшектерін тіркеу үшін ионизациялық камералар, пропорционалдық санағыштар қолданылады. Олардын құрамында ¹⁰В және ³Н элементтері бар газдар толтырылады немесе олардың қабырғаларын жіңішке Li немесе B элементтерінің қабатымен қаптайды. Ондай камералардың көлемі диаметрі 50 мм ге, ұзындығы 2 м жетуі мүмкін. Жылулық нейтрондарды тіркеуде өте үлкен эффективтілікке бор және гелий элементтер бар детекторлері ие болады. Баяу нейтрондарды тіркеу үшін сцинтиляциялық санағыштар пайдаланылады.

Жылдам нейтрондарды тіркеу үшн нейтрондарды парафин арқылы өткізіп баулатады. Жылдам нейтрондарды тікелей тіркеу үшін оларды сутегі атомдарымен соқтырып тебіліске ұшыраған ядролардан тіркейді

15.Тақырып:Нейтронография. Нейтрондарды есептеу қарқындылығы.Нейтрондардың энергитикалық ажыратуы.

Электрлік және күшті өзара әрекеттесуді бір электрядролық өзара әрекеттесу ретінде қарастыратын (“ұлы біріктіру”) жұмыстар да бар.

Ендігі кезек- табиғатта белгілі төрт фундаментальдық өзара әрекекеттесудің біртұтас теориясын (“кеңітілген супергравитация”) дүниеге келтіру.

Нуклидтің, яғни, басқалардан А және Z мәндері бөлек ядролардың активтілігі деп, 1 секунд ішінде ыдыраған ядролар санын айтады:

Белсенділіктің АХ жүйесіндегі өлшем бірлігі- беккерель (Бк), 1 с ішінде бір ыдырау болатынын көрсетеді. Ядолық физикада системадан тыс өлшем бірлігі пайдаланылады, ол- кюри (Ки): 1 Ки = 3,7.10¹⁰ Бк.

Ядролардың ыдырауы ығысу ережесімен іске асады, ол бойынша ыдыраудың нәтижесінде қандай ядро пайда болатынын көрсетеді:

α-ыдырауы үшін:

β- ыдырауы үшін:

Жұтылған сәуле дозасының энергиясы – грей (Гр): 1Гр = 1 Дж1кг.

Қатты денеде байланысқан атом ядроларының дененің ішкі энергиясының өзгерісін туғызбайтын кванттарды серпімді шығаруын (жұтуын) Мёссбауэр эффектісі деп аталады. Мұнда тебілудің импульсі мен энергиясы квантты шығарған бір ядроға емес бүкіл торға тұтас беріледі. Ал кристалдың массасы жек ядро массасынан әлдеқайда үлкен. Сондықтан тебілу энергисының шығыны аз болады да, тебілу серпімді болады.

Мёссбауэр эффектісі ғылым мен техникада әр текті өлшеулер жүргізудің нәзік «аспабы» болып табылады.

Радиоактивтік сәулелер мен бөлшектерді бақылаудың және тіркеудің тәсілдері:

1.Сцинтилляциялаушы есептегіш – негізгі элементі сцинтиллятор (кристаллофосфор) және фотоэлектрондық көбейткіш болып табылатын ядролық бөлшектердің детекторы. Ол әлсіз жарық жарқылын электрондық аппаратура тіркейтін электрлік импульстерге түрлендіруге мүмкіндік

2. Вильсон камерасы – шыны цилиндрден және оған тығыз тиіп тұратын поршеннен, цилиндр ішінде орналасқан судың немесе спирттің буымен қаныққан газдан (He,Ar) тұрады. Ондағы аса қаныққан бу арқылы өткен бөлшектің ізі тіркеледі.

3. Импульстік иондаушы камера – жұмысы зарядталған бөлшектердің газды иондауына негізделген детектор.

Нейтрондар – электрлік бейтарап бөлшектер бола отырып кулондық тебу күшіне ұшырамайды, сондықтан олыр ядроға оңай еніп кетеді де, әр түрлі ядролық түрлендірулер туғызады. Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакцияларды зерттеу ядролық физиканың дамуында ғана зор роль атқарып қойған жоқ, сонымен бірге ядролық реакторлардың пайда болуына жеткізді.

Нейтрондардың әсерінен болатын ядролық реакциялар:

1. 
   «Сосна» дозиметр-радиометрі көмегімен заттардағы радионуклидтердің көлемдік активтілігін және бета-сәулелердің ағынының тығыздығын анықтау
   

3. «Сосна» дозиметр-радиометрі көмегімен заттардағы бета-сәулелердің ағынының тығыздығын анықтау

4.Алынған нәтижелер бойынша сараптамалар жасау.
Бақылау сұрақтары:

1. «Сосна» дозиметр-радиометрінің құрылысы қандай?

2. Заттардағы радионуклидтердің көлемдік активтілігіқалай анықтауға болады?

3. Бета-сәулелердің ағынының тығыздығы дегеніміз не?

4. Осы жұмыста келтірілген әдістің дәлдігін жоғарлату үшін не істеу керек?
2. Газоразрядты есептегіштің жұмыс принципін зерттеу

Жұмыс мақсаты: Жарықтың корпускалық табиғатын дәләлдеу, эксперимент жүзінде бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау.

Құралдар мен жабдықтар:газды лазер, коллиматор, дифракциялық тор, миллиметрлік шкаласы бар экран, сызғыш.

Жұмысты орындау тәртібі

1. Лазер құрылысы мен оны қолдану тәртібімен танысу.

2.Лазер шкаласына дифракциялық торды орналастырып, экранда дифракциялық спектрдің анық кескінін алу керек.

3. Қажетті өлшеулер жүргізіп, таблицаны толтыру керек.

4. Лазер сәулеленуінің толқын ұзындығын анықтап, лазер шығаратын фотондар энергиясы мәнін есептеу керек.

Бақылау сұрақтары.

1. Ырықсыз сәуле шығарудың еріксіз сәуле шығарудан айырмашылығы неде?

2. Лазердің активті ортасы дегеніміз не?

3. Лазердің оптикалық резонаторы дегеніміз не?

4. Лазердің сәулеленуінің қасиеттерін атаңыз?

5. Лазердің жарық қарқындылығының үлкендігін қалай түсіндіруге болады?

1. Микроскоп көмегімен фотопластинкадан ядролық бөлшектер іздерін табу.

2. Формула бойынша бөлшектің еркін жүру жолын анықтау.

Бақылау сұрақтары:

1. Фотоэмульсия әдісі туралы не білесіңдер?

2. Фотоэмульсияның қандай түрлері бар?

3. Ядролық реакциялардың қандай түрлері бар?

СОӨЖ жұмыстарын ұйымдастыру:

- Студенттер орындаған лабораториялық жұмыстардың нәтижелерін,

- Студенттердің пәннің жеке тақырыптарды меңгеру нәтижелерін тексеру, яғни білімдерді бағалау (тест бақылау, жазбаша жұмыс).

- Компьютерлік технологиялардың мүмкіндіктерін қолдану. Тақырыптарды меңгеру виртуаль компьютерлік демострациялар арқылы көрсетілетін электрондық оқулықтарды қолдану. Есептердің шығару жолдарын айқындайтын электрондық жетекшілірдің көмегін қолдану, яғну үйрету – көмекші программаларды пайдалану.

Студент СОӨЖ жұмыстарын орындау және өткізу графигіне сәйкес, әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып, курстың жеке тақырыптары бойынша төмендегі тапсырмаларды орындайды:

1. 
   Дозиметрлік өлшем бірліктер. Радиоактивтілік. Оның өлшем бірліктері.
   
2. 
   Ионизация. Сәулелену дозасы. Ядролық сәулеленудің зат құрылысына әсері. Альфа – сәулеленудің затпен әсері. Бета-бөлшектердің затпен әсерлесуі. Гамма сәулелердің затпен әсерлесуі. Нейтрондардың затпен әсерлесуі..
   
3. 
   Ядролық сәулеленудің химиялық әсері. Химиялық детекторлар
   
4. 
   Сәулелердің биологиялық әсері.Иондаушы сәулелердің тірі ағзаға әсерінің ерекшеліктері. Иондаушы сәулеленудің алғашқы әсер ету механизмдері.
   
5. 
   Дозиметрия және қорғану. Радиоктивті ластанған зонадағы сыртқы гамма сәулеленуден қорғанудың кейбір тәсілдері. Сәулеленудің рұқсат етілген дозаларын сақтау.
   

Студенттерге физикадан берілетін жеке үй тапсырмасы олардың осы пән бойынша орындайтын өзіндік жұмысының бір түрі болып табылады. Студентердің өзіндік жұмысы деп, олардың оқытушының тапсырмасымен және бақылауымен, бірақ оның қатысуынсыз, ол үшін арнайы бөлінген уақыт ішінде орындайтын жұмысын түсінеді. Мұнда студенттер ақыл-ой жігерін қолдана және ой мен қимыл әрекеттерін қандай да бір формада (мысалы, есеп шығарғанда оның мазмұнын талдау, мазмұнды қысқа ұтымды тәсілмен жазу, шешудің оңтайлы әдісін таңдап алу және т.б.) білдіре отырып қойылған мақсатқа саналы жетуге ұмтылады.

Студенттер шығарған жеке үй тапсырмасын бағалау өлшемінің негізіне осы белгілердің бәрін алуға болады: физикалық құбылыстың негізгі мәселесінің мазмұнын құрайтын физикалық шамалардың,

заңдардың молырақ қамтылуы; есептердің проблемалық (шығармашылық) деңгейі; мәселенің тереңірек талданып зерттелуі; шешу тәсілдерінің ең оңтайлысын таңдап алуы және т.б.

Әр студент орындайтын жеке үй тапсырмасына (бір жеке үй тапсырмасында физиканың бір бөлімі бойынша берілген 3-5 есеп болуы мүмкін) қойылатын максимал және миниамал баллдар силлабуста көрсетіледі. Әрбір жеке есептің шығарылуы бір есепке қатысты осы баллдар аралығында және айтылған өлшемдер (критерилер) бойынша бағаланады, сосын бүкіл тапсырмаға максимал және минимал баллдардың аралығында тиісті балл беріледі.

Максимал балл мысалы, «5» балл қатесіз және кемшіліксіз немесе бір ғана болымсыз кемшілікпен шығарылған есепке қойылады. Одан төменгі балл, мысалы «4» балл толық шығарылған, бірақ бірден аспайтын дөрекі емес және бір болымсыз қатемен немесе болымсыз қателер екіден аспаған жағдайда қойылады.

Одан төменгі балл мысалы «3» балл студент есептің тең жартысынан астамын дұрыс шығарғанда немесе дөрекі қатесі екіден (немесе дөрекі қатесі бірден және дөрекі емес қатесі бірден, сондай-ақ болымсыз қатесі бірден) аспаған жағдайда қойылады.

Тапсырма минимал баллдан төмен балмен бағаланған жағдайда ол студентке қайта шығару мақсатында қайтарылып беріледі.

Егер кейбір есептерді студенттің өз бетімен шығарғандығы күдік туғызса, онда одан оқытушы есепті қалай шығарғандығын түсіндіріп беруін талап ете алады. Бағаға көңілі толмаған студент оған қатысты оқытушыға тілегін білдіруіне болады.

Студент СӨЖ тапсырмалары мен оларды орындау графигіне сәйкес төмендегі тапсырмаларды орындап тексеруге беруге міндетті:

1. 
   Дозиметрлік өлшем бірліктер. Радиоактивтілік. Оның өлшем бірліктері
   
2. 
   Ионизация. Сәулелену дозасы. Ядролық сәулеленудің зат құрылысына әсері. Альфа – сәулеленудің затпен әсері. Бета-бөлшектердің затпен әсерлесуі. Гамма сәулелердің затпен әсерлесуі. Нейтрондардың затпен әсерлесуі..
   
3. 
   Ядролық сәулеленудің химиялық әсері. Химиялық детекторлар
   
4. 
   Сәулелердің биологиялық әсері.Иондаушы сәулелердің тірі ағзаға әсерінің ерекшеліктері. Иондаушы сәулеленудің алғашқы әсер ету механизмдері.
   
5. 
   Дозиметрия және қорғану. Радиоктивті ластанған зонадағы сыртқы гамма сәулеленуден қорғанудың кейбір тәсілдері. Сәулеленудің рұқсат етілген дозаларын сақтау.
   

1.Электронның ядроға құлауына не рұқсат бермейді?

A) Бор постулаттары

B Де-Бройл) гипотезасы

C) Энергияның сақталу заңы

D) Гейзенбергтің анықталмағандық қатысы

E) Импулстің сақталу заңы
2. Электронның импульс моментін кванттау формуласы

A)

B)

C)

D)

E)

А) Фотоионизацияны

B) Қозуды

C) Люминисценцияны

D) Автоэмиссияны;

E) Накачканы

А) p-n көшуде фото-ЭҚК пайда болады

B) Жарық әсерінен фотоэлектрондар жұлынып шығады

C) Жылу әсерінен электрондар ұшып шығады

D) Жарық әсерінен заттың электр өткізгіштігінің артуы

E) Күшті электр өрісінің әсерінен заттан электрондардың жұлынып шығуы

А) Зарядтық сандары Z бірдей, бірақ массалық сандары А әртүрлі

B) А бірдей, Z әртүрлі

C) А, N және Z, мұндағы N = A - Z нейтрондар санын анықтайды

D) N бірдей, бірақ А жән Z әртүрлі

E) А және Z бірдей, бірақ жартылай ыдырау периоды Т .әртүрлі

А) 0,43.10^-5 c^-1;

B) 3.10^-6 c^-1;

C) 1,5.10⁵ c ^-1;

D) 3.10⁶ c^-1;

E) 9.10⁹ c^-1 .

7. Сутегі атомының иондаушы потенциалы неге тең?

A) В;

B) В;

C) В;

D) В;

E) B;

8. Изотоптар деп мына атом ядроларын айтады:

А) зарядтық сандары Z бірдей, бірақ массалық сандары А әртүрлі

B) А бірдей, бірақ Z әртүрлі

C) А, N және Z әртүрлі, мұндағы N = A - Z нейтрондар санын анықтайды

D) N бірдей, бірақ А және Z әртүрлі

Е) А және Z бірдей, бірақ жартылай ыдырау периоды Т әртүрлі

А) Бастапқы ядролардың жартысы ыдырайтын уақыт

B) Радиоактивтік ядроның орташа өмір сүру уақыты

C) Ыдыраулар саны өтетін уақыт

D) Бастапқы ядролардың 10% ыдырайтын уақыт

E) Бастапқы ядролар саны е = 2,72 есе кемитін уақыт

A) Электрондардың өлшемін

B) Атомдардың өлшемін

C) Молекулалардың өлшемін

D) Атом ядроларының өлшемін

E) Ядро мен электрондардың арақашықтығын

11.Бор радиусы мен бас кванттық сан арасындағы байланыс

B) r

C) rn²

D) r

E) r

12. Изобара деп мына атом ядроларын айтады:

А) Зарядтар саны Z бірдей, бірақ массалар саны А әртүрлі

B) А бірдей, бірақ Z әртүрлі

C) А, N және Z бірдей, мұндағы N = A - Z нейтрондар санын анықтайды

D) N бірдей , бірақ А және Z әртүрлі

E) А және Z бірдей, бірақ жартылай ыдырау периоды Т әртүрлі
13. Мессбауэра эффектісі деп мына құбылысты айтады::

А) Төменгі температурада электромагниттік сәулені серпімді шашырату (дененің ішкі энргиясын өзгертпей)

B) Электромагниттік сәулені резонанстық жұту

C) Ядролардың гамма квантты серпімді шығаруы немесе жұтуы

D) Атомдардың көрінетін жарықты серпімді шығаруы немесе жұтуы

E) Молекулалардың электромагниттік сәулені серпімді шығаруы немесе жұтуы

B) Z = 83, A = 212;

C) Z = 82, A = 210;

D) Z = 80, A = 214;

E) Z = 80, A = 210 .

15. Радиоактивті препараттың активтігін анықтау керек. 5 с ішінде онда 2.10⁵ ядролар ыдырады

А) 10⁶ Бк;

B) 4.10⁴ Бк;

C) 2.10⁴ Бк ;

D) 3,33.10² Бк;

E) 666 Бк.
16. Мына ядролық реакция нәтижесінде қандай бөлшек түзіледі?

₇N¹⁴ + ₂He⁴ → ₈O¹⁷ + ?
А) нейтрон;

B) протон;

C) альфа-бөлшек

D) бета-бөлшек

E) γ-фотон.
17. _ZX^A радиоактивтік ядро позитролн шығарып ыдырады. Балалық ядроның таңбасын жазу керек
А) _Z+1Y^A ;

B) _Z+1Y^A-1 ;

C) _ZY^A-1 ;

D) _ZY^A+1 ;

E) _Z-1Y^A .
18. a – сәуле – бұл мыналардың ағыны

А) Протондар

В) Нейтрондар

С) Гелий ядролары

D) Электрондар

Е) Фотондар

19. Радиоактивті изотоптың ыдырау периоды 2,31.10⁵ с . Изотоптың ыдырау тұрақтысы λ неге тең?

А) 0,43.10^-5 c^-1;

B) 3.10^-6 c^-1;

C) 1,5.10⁵ c ^-1;

D) 3.10⁶ c^-1;

E) 9.10⁹ c^-1 .

А) T = ℓn2 /λ;

B) τ = 1/λ;

C) N = N₀.exp(-λt);

D) N₀/2 = N₀.exp(-λt);

E) A = dN/dt.