МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И
ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ
ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Для студентов заочной формы обучения специальности
1-33 01 06 – экология сельского хозяйства
Горки 2006
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И
ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
Кафедра сельскохозяйственной радиологии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ
ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ
Для студентов заочной формы обучения специальности
1-33 01 06 – экология сельского хозяйства
Горки 2006
Одобрено методической комиссией агробиологического факультета _____________
Составили: Г.А. ЧЕРНУХА, Ю.Н. БУШУЕВ, Д.В. ВОРОБЬЕВ, В.И. ЮРЬЕВ, Н.В.ЛАЗАРЕВИЧ, В.Ф. МАЛЮКОВ
УДК 539.1+539.18(072)
Атомная и ядерная физика: Методические указания/Белорусская государственная сельскохозяйственная академия; Сост. Г.А. Ч е р н у х а, Ю.Н. Б у ш у е в, Д.В. В о р о б ь е в, В.И. Ю р ь е в, Н. В. Л а з а р е в и ч, В.Ф. М а л ю к о в. Горки, 2006. 23 с.
Содержатся рекомендации по изучению атомной и ядерной физики. Приведено содержание дисциплины, вопросы для самопроверки и экзаменационные вопросы, условия задач, рекомендуемая литература.
Для студентов-заочников специальности 1-33 01 06 – экология сельского хозяйства.
Таблиц 10. Библиогр.9. Прилож. 1.
Рецензент Т.В. Булак, канд. хим. наук; В.И. Гудков, старший преподаватель.
© Составление Г.А. Чернуха, Ю.Н. Бушуев, Д.В. Воробьев, В.И. Юрьев, Н.В. Лазаревич, В.Ф. Малюков, 2006
© Учреждение образования
«Белорусская государственная сельскохозяйственная
академия», 2006
ВВЕДЕНИЕ
Технический прогресс и стремительный рост населения резко усилили влияние человека на окружающую среду. Загрязнение атмосферы, воды, почвы, уничтожение растительности, исчезновение некоторых видов животных и растений, как и многие другие негативные последствия деятельности человека, вызывают все большую озабоченность общественности. Все чаще высказывается мнение, что без принятия радикальных мер это может привести к глобальному экологическому кризису.
Около 100 лет назад экология как наука была единой. В последнее время, в связи с ростом ее значения в современном обществе, наблюдается дробление экологии на ряд самостоятельных разделов. Появилась сельскохозяйственная, медицинская, космическая, радиационная экология, экология морей, леса и др.
Открытие естественной радиоактивности и появление искусственных радионуклидов в окружающей среде оказало большое влияние на жизнедеятельность человека. Воздействие ионизирующих излучений на окружающую среду резко возросло после катастрофы на Чернобыльской АЭС.
Будущий эколог должен хорошо понимать процессы, приводящие к радиоактивному превращению ядер, закономерности этих превращений, опасность этих превращений для окружающей среды. Это осуществляется, в том числе, при изучении атомной и ядерной физики.
Атомная физика – это раздел физики, в котором изучаются строение и свойствах атомов. Ядерная физика – раздел физики, охватывающий изучение структуры и свойств ядер и их превращений – процессов радиоактивного распада и ядерных реакций.
Изучение данной дисциплины базируется на знаниях таких дисциплин, как математика, химия, общая физика. В свою очередь в процессе изучения атомной и ядерной физики закладывается база для изучения в последующем таких дисциплин как радиохимия, радиометрия, радиобиология, радиоэкология и сельскохозяйственная радиология.
После изучения данного курса студент должен:
знать:
- строение атома и ядра, их основные характеристики;
- природу явления радиоактивности, причины радиоактивных превращений и стабильности ядер;
- основной закон радиоактивного распада и основные характеристики радионуклидов;
- единицы измерения активности;
- виды радиоактивного распада и свойства ядерных излучений;
- основные процессы взаимодействия ионизирующих излучений с веществом;
- радиоактивные семейства и радиоактивное равновесие.
уметь:
- работать на радиометрах и дозиметрах;
- определять активность проб;
- использовать для расчетов уравнения закона радиоактивного распада;
- определять период полураспада радионуклида;
- составлять схемы распада радионуклидов.
Студенты заочной формы обучения изучают атомную и ядерную физику в том же объеме, что и студенты очного обучения, но в основном самостоятельно.
1. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ
ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Данную дисциплину следует изучать в последовательности, указанной в методических указаниях. Не рекомендуется переходить к следующей теме, если предыдущая усвоена недостаточно.
Контроль знаний по каждой теме осуществляется путем ответов на вопросы для самопроверки. Во время самостоятельного изучения дисциплины могут возникнуть вопросы, вызванные отсутствием литературы или сложностью изложения материала в рекомендованной литературе. В этом случае необходимо обращаться за консультацией непосредственно на кафедру сельскохозяйственной радиологии.
Материалами, необходимыми для изучения дисциплины, являются настоящие методические указания и рекомендуемая учебная литература.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Грабовскй Р.И. Курс физики (для с.х. институтов): Учеб. пособие. – 5-е изд., перераб. и доп.. – М.: Высш, школа, 1980.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. – Учеб. пособие. В 3-х т. Т.3. Квантовая оптика. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – 3-е изд., испр. – М.:Наука, 1987.
3. Элементарный учебник физики /Под ред. Г.С. Ландсберга/. - М.: Наука, 1986.-Т.З.
4. Чернуха Г.А., Лаломова Т.В., Лазаревич Н.В. Физические основы явления радиоактивности: Лекция. Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2002.
Дополнительная
1. Абрамов А.И. Основы ядерной физики. - М.: Энергоатомиздат,1983.
2. Максимов М. Т., Оджагов Г.О. Радиоактивные загрязнения и их измерение. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
3. Радиационная безопасность: Учеб. пособие/ Г.А. Чернуха, Н.В. Лазаревич, Т.В. Лаломова. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2005.
4. Радиобиология /А.Д. Белов, В. А Киршин, Н.П. Лысенко, В. В. Пак и др.; Под ред. А.Д. Белова. - М.: Колос, 1999.
5. Матвеев А.Н. Атомная физика: Учеб. пособие для студентов вузов.- М.: Высш. шк., 1989.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема 1. Основные сведения о строении атома
Масса и размеры атома. Атомы и молекулы. Масса атомов, атомная единица массы, число Авогадро. Размеры атома, линейные размеры атома, площадь поперечного сечения. Уравнение Эйнштейна, связь между атомной единицей массы и энергией. Единица измерения энергии электрон-вольт.
Строение атома. Развитие представлений о строении атома. Основные представления квантовой механики. Постулаты Бора, квантовое число. Экранировка электронов. Основное и возбуждённое состояния атома. Ионизация атомов, ионизационный потенциал.
Атомные спектры и уровни энергии. Переходы электронов в атоме. Оптические и рентгеновские спектры. Уровни энергии, диаграмма уровней энергии, квантовые переходы. Серии Лаймана, Бальмера, Пашена и т. д.
Волновые свойства частиц вещества. Волны де Бройля. Интерференция и дифракция электронов и элементарных частиц, корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение неопределённостей Гейзенберга.
Литература: [1,2,3].
Вопросы для самопроверки
1. Что собою представляют современные модели атомов и молекул?
2. Назовите и запишите сокращённые обозначения единиц измерений, использующихся при определении: массы атомов, числа Авогадро, энергии атома, линейных размеров атомов, с указанием порядка величин.
3. Напишите и объясните уравнение Эйнштейна, связывающее массу и энергию.
4. Что такое ионизация, что понимается под ионизационным потенциалом, основным и возбуждённым состоянием атома?
5. На чём строятся основные представления квантовой механики?
6. Сформулируйте постулаты Бора, в чём принцип квантовых чисел?
7. Что собой представляют квантовые переходы, как это связано с энергетическим состоянием атома?
8. Как можно определить энергетическое состояние атома, что собой представляют серии Лаймана, Бальмера, Пашена и др.?
9. Что доказывает волновые свойства частиц, в чём суть волн де Бройля?
10. В чём принцип корпускулярно-волнового дуализма и соотношения неопределённости Гейзенберга?
Тема 2. Строение и свойства атомного ядра
Вводные сведения о ядре. Заряд ядра, масса ядра, размеры ядра, массовое число. Стабильные и радиоактивные ядра. Основные характеристики ядер. Основное и возбуждённые состояние ядер. Основное и возбуждённое энергетические состояния ядра, стационарное энергетическое состояние ядра.
Состав и свойства ядра. Элементарные частицы, состав ядра. Протоны, нейтроны. Нуклоны, нуклиды. Дефект масс. Энергия связи ядра, удельная энергия связи ядра, ядерная энергия. Изотопы, изобары, изотоны, изомеры.
Ядерные силы. Особые свойства ядерных сил. Радиус действия ядерных сил. Ядерные взаимодействия, роль π-мезонов. Связь между проявлением ядерных сил и стабильностью ядра. «Дорожка» стабильности.