Le tritium, qu'est-ce que c'est ? masse de tritium. Défaut de masse des noyaux atomiques. Énergie de liaison

Étant donné que les nucléons du noyau sont liés par des forces nucléaires, il faut beaucoup d'énergie pour diviser le noyau en ses composants protons et neutrons. La même énergie est libérée lorsque des protons libres et des neutrons se combinent pour former un noyau. Cette énergie est appelée énergie de liaison du noyau. Selon la théorie de la relativité d'Einstein, l'énergie correspond à la masse. Par conséquent, la masse du noyau doit être inférieure à la somme des masses de ses protons et neutrons libres constitutifs. La différence entre la somme des masses au repos des protons et des neutrons libres à partir desquels le noyau est formé et la masse du noyau est appelée défaut de masse nucléaire. L'énergie de liaison vaut : E v = À PARTIR DE 2×D m

ré m est le défaut de masse nucléaire.

L'énergie de liaison est exprimée en méga-électronvolts (MeV) (MeV=10 6 EV). Puisque l'unité de masse atomique (a.m.u.) est égale à 1,66 × 10 -27 kg, on peut déterminer l'énergie qui lui correspond :

À l'aide d'un spectrographe de masse, les masses de tous les isotopes ont été mesurées et les valeurs du défaut de masse et de l'énergie de liaison ont été calculées pour tous les noyaux utilisés pour calculer les réactions nucléaires. Si, dans certaines réactions, des noyaux et des particules sont obtenus, dont la masse totale est inférieure à celle des noyaux et particules d'origine, alors de l'énergie est libérée dans de telles réactions; si plus, alors il est absorbé et une telle réaction ne se produira pas spontanément.

Réalisons un calcul énergétique de la réaction nucléaire de transformation du radium en radon : . L'énergie de liaison du noyau d'origine est de 1731,6 MeV et l'énergie de liaison totale des noyaux formés est de 1708,2 + 28,3 = 176,5 MeV et est supérieure à l'énergie de liaison du noyau d'origine de 4,9 MeV. Par conséquent, cette réaction libère une énergie de 4,9 MeV, qui est fondamentalement énergie cinétique g-particules.

Grande importance possède une énergie de liaison par nucléon. Plus il est grand, plus le noyau est solide. Les noyaux moyens les plus durables. Les noyaux légers sous-utilisent leurs énergies de liaison. Les noyaux lourds sont affaiblis par les forces répulsives coulombiennes qui, contrairement aux forces nucléaires, agissent entre tous les nucléons du noyau. Une conclusion importante en découle : l'énergie est libérée lors de la formation des noyaux intermédiaires. Cela peut être lors de la division d'un noyau lourd en deux noyaux moyens dans réacteurs nucléaires ou dans la synthèse du noyau moyen à partir de deux noyaux plus légers. Ce sont des réactions de fusion thermonucléaire se produisant dans le soleil et les étoiles.

OBJECTIFS DE L'UNITÉ 25

1. En quoi se transforme un isotope du thorium dont le noyau subit trois désintégrations a successives.

Solution:

Lorsqu'une particule a est émise, la charge nucléaire diminue de 2 unités et le nombre de masse de 4 unités, ce qui signifie que lorsque 3 particules a sont émises, la charge nucléaire diminue de 2 × 3 = 6 unités, et la masse nombre par 4 × 3 = 12 unités et ensuite vous obtenez un isotope selon le tableau, nous constatons qu'il s'agit de polonium ou

2. Lorsque l'azote est bombardé de neutrons, deux isotopes se forment, dont l'un est un isotope d'hydrogène, dont l'élément est formé dans cette réaction nucléaire.

DANS ce cas une réaction nucléaire se produit pour produire un isotope inconnu X.

Dans les réactions nucléaires, le nombre de nucléons et la charge sont conservés, de sorte que la somme des indices et des exposants est constante.

D'après le tableau périodique, on constate que le carbone est obtenu :

De cette façon:

3. Ajouter une réaction nucléaire :

Nous déterminons que la particule inconnue a un nombre de charge de 1 et une masse de 1, ce qui signifie que l'isotope de l'hydrogène, c'est-à-dire proton, c'est-à-dire on a:

4. Trouvez l'énergie correspondant à 1 heure du matin. Exprimez-le en MeV.

Solution:

E \u003d m c 2

m\u003d 1 uma \u003d 1,66 × 10 -27 kg

À PARTIR DE= 3 × 10 8 m/s

E\u003d 1,66 × 10 -27 × (3 × 10 8) 2 \u003d 14,94 × 10 -11 J

1 EV = 1,6 × 10 -19 J

Donc : 1h du matin correspond à 931 MEV.

5. Calculer l'énergie du noyau de tritium si la masse du proton MP= 1,00814 amu, masse des neutrons m n= 1,00898 et la masse de l'atome de tritium MAIS= 3,01700 uma

Étant donné:

MP= 1,00814 uma

m n = 1,00898

Un = 3,01700 uma

__________________

Est – ?

Solution:

Noyau de tritium : constitué d'un proton et de deux neutrons dont la masse totale est de : m p + 2m n = 1,00814 + 2 × 1,00898 = = 3,02610

Donc le défaut de masse est :

ré m= 3,02610 - 3,01700 uma = 0,00910 uma

car 1 amou - 931 MEV ; ensuite Est= 931×D m ou

Est= 931 × 0,00910 (MEV) = 8,5 MeV

Répondre: 8,5 MeV

6. L'énergie est libérée ou absorbée dans une réaction :

Il était possible de calculer l'énergie de liaison de chaque noyau, mais vous pouvez également utiliser un tableau spécial :

La masse totale des noyaux et des particules avant la réaction : 39,2 + 28,3 = 67,5 MEV

après réaction : 64,7 + 0 = 64,7 MeV

Cela signifie que l'énergie est absorbée dans une telle réaction : 67,5 - 64,7 = 2,8 MeV

7. Déterminer l'énergie de la réaction :

avant réaction : 2,2 + 2,2 = 4,4 MEV

après réaction : 8,5 MeV

énergie libérée : 8,5 - 4,4 = 4,1 MeV

8. Il y a 4 g de cobalt radioactif. Combien de grammes de cobalt se désintègre en 216 jours si sa demi-vie est de 72 jours ?

Étant donné:

m 0 = 4 g

t= 216 jours

J= 72 jours

ré m – ?

Solution:

Puisque la masse d'une substance est directement proportionnelle au nombre d'atomes, alors : DN=N 0 -N;

Moyens:

Cela signifie : et

Répondre: 3,5g

9. Il y a 8 kg de césium radioactif. Déterminer la masse de césium non désintégré après 135 ans de désintégration radioactive si sa demi-vie est de 27 ans.

Plus récemment, les gens croyaient que l'atome est une particule intégrale indivisible. Plus tard, il est devenu clair qu'il se compose d'un noyau et d'électrons tournant autour de lui. Dans le même temps, la partie centrale était à nouveau considérée comme indivisible et intégrale. On sait aujourd'hui qu'il est constitué de protons et de neutrons. De plus, selon le nombre de ces derniers, une même substance peut avoir plusieurs isotopes. Donc, le tritium est pour la substance, comment l'obtenir et l'utiliser ?

Le tritium, qu'est-ce que c'est ?

L'hydrogène est la substance la plus simple de la nature. Si nous parlons de sa forme la plus courante, qui sera discutée plus en détail ci-dessous, alors son atome se compose d'un seul proton et d'un électron. Cependant, il peut également accepter des particules "supplémentaires", qui modifient quelque peu ses propriétés. Ainsi, le noyau du tritium est constitué d'un proton et de deux neutrons. Et si le protium, alors il y a le plus forme simple l'hydrogène - c'est quelque chose que vous ne pouvez pas dire à propos de sa version "améliorée" - dans la nature, on le trouve dans de petites quantités.

L'isotope de l'hydrogène tritium (le nom vient du mot grec signifiant "troisième") a été découvert en 1934 par Rutherford, Oliphant et Harteck. Et en fait, ils ont essayé de le retrouver pendant très longtemps et durement. Immédiatement après la découverte du deutérium et de l'eau lourde en 1932, les scientifiques ont commencé à rechercher cet isotope en augmentant la sensibilité de l'hydrogène conventionnel. Cependant, malgré tout, leurs tentatives ont été vaines - même dans les échantillons les plus concentrés, il n'a pas été possible d'obtenir ne serait-ce qu'un indice de la présence d'une substance qui était simplement obligée d'exister. Mais au final, la recherche a néanmoins été couronnée de succès - Oliphant a synthétisé l'élément avec l'aide du laboratoire de Rutherford.

En bref, la définition du tritium est la suivante : un isotope radioactif de l'hydrogène dont le noyau est constitué d'un proton et de deux neutrons. Alors que sait-on de lui ?

À propos des isotopes de l'hydrogène

Le premier élément du tableau périodique est aussi l'élément le plus courant dans l'univers. De plus, dans la nature, il se présente sous la forme d'un de ses trois isotopes : le protium, le deutérium ou le tritium. Le noyau du premier est constitué d'un seul proton, ce qui lui a donné son nom. Soit dit en passant, c'est le seul élément stable qui n'a pas de neutrons. Le prochain dans la série des isotopes de l'hydrogène est le deutérium. Le noyau de son atome est constitué d'un proton et d'un neutron, et le nom remonte au mot grec pour "seconde".

Des isotopes d'hydrogène encore plus lourds avec des nombres de masse de 4 à 7 ont également été obtenus en laboratoire, leur demi-vie est limitée à quelques fractions de secondes.

Propriétés

La masse atomique du tritium est d'environ 3,02 amu. e. m. Selon leur propre propriétés physiques cette substance n'est presque pas différente de l'hydrogène ordinaire, c'est-à-dire conditions normales C'est un gaz léger, incolore, insipide et inodore à haute conductivité thermique. À une température d'environ -250 degrés Celsius, il devient un liquide incolore léger et fluide. La fourchette dans laquelle il se trouve dans cet état d'agrégation est plutôt étroite. Le point de fusion est d'environ 259 degrés Celsius, en dessous duquel l'hydrogène devient une masse ressemblant à de la neige. De plus, cet élément est assez soluble dans certains métaux.

Cependant, il existe quelques différences dans les propriétés. Premièrement, le troisième isotope est moins réactif, et deuxièmement, le tritium est radioactif et donc instable. a un peu plus de 12 ans. Au cours de la radiolyse, il se transforme en un troisième isotope de l'hélium avec émission d'un électron et d'un antineutrino.

Le reçu

Dans la nature, le tritium se trouve en petites quantités et se forme le plus souvent dans couches supérieures atmosphère dans la collision de particules cosmiques et, par exemple, d'atomes d'azote. Cependant, il y a aussi méthode industrielle obtenir cet élément en irradiant du lithium-6 avec des neutrons dans

La synthèse du tritium en volume, dont la masse est d'environ 1 kilogramme, coûte environ 30 millions de dollars.

Usage

Nous en avons donc appris un peu plus sur le tritium - ce qu'il est et ses propriétés. Mais pourquoi est-ce nécessaire ? Découvrons un peu plus bas. Selon certains rapports, le besoin commercial mondial de tritium est d'environ 500 grammes par an, et 7 kilogrammes supplémentaires sont destinés aux besoins militaires.

Selon l'Institut américain de recherche sur l'énergie et environnement, de 1955 à 1996, 2,2 centièmes d'hydrogène superlourd ont été produits aux États-Unis. Et en 2003, les réserves totales de cet élément étaient d'environ 18 kilogrammes. Pour quoi sont-ils utilisés?

Premièrement, le tritium est nécessaire pour maintenir la capacité de combat des armes nucléaires, que certains pays possèdent encore. Deuxièmement, l'énergie thermonucléaire est indispensable sans elle. Le tritium est également utilisé dans certains recherche scientifique, par exemple, en géologie, il est utilisé pour dater les eaux naturelles. Un autre objectif est l'alimentation du rétroéclairage de la montre. Par ailleurs, des expérimentations sont actuellement en cours pour créer des générateurs de radio-isotopes ultra-basse puissance, par exemple pour alimenter des capteurs autonomes. On s'attend à ce que dans ce cas, leur durée de vie soit d'environ 20 ans. Le coût d'un tel générateur sera d'environ mille dollars.

Comme souvenirs originaux il y a aussi des porte-clés avec une petite quantité tritium à l'intérieur. Ils émettent une lueur et semblent assez exotiques, surtout si vous connaissez le contenu interne.

Danger

Le tritium est radioactif, ce qui explique certaines de ses propriétés et utilisations. Sa demi-vie est d'environ 12 ans, produisant de l'hélium-3 avec émission d'un antineutrino et d'un électron. Lors de cette réaction, 18,59 kW d'énergie sont libérés et les particules bêta se propagent dans l'air. Il peut sembler étrange à la personne moyenne qu'un isotope radioactif soit utilisé, par exemple, pour l'éclairage des montres, car cela peut être dangereux, n'est-ce pas ? En fait, le tritium n'est guère une menace pour la santé humaine, car les particules bêta en cours de désintégration se propagent au maximum sur 6 millimètres et ne peuvent pas surmonter les obstacles les plus simples. Cependant, cela ne signifie pas que travailler avec est absolument sûr - toute ingestion avec de la nourriture, de l'air ou une absorption par la peau peut entraîner des problèmes. Bien que dans la plupart des cas, il s'enlève facilement et rapidement, ce n'est pas toujours le cas. Alors, le tritium - qu'est-ce que c'est en termes de danger de radiation ?

Mesures protectives

Mais batterie faible La désintégration du tritium ne permet pas aux rayonnements de se propager sérieusement, de sorte que les particules bêta ne peuvent même pas pénétrer la peau, ne négligez pas votre santé. Lorsque vous travaillez avec cet isotope, vous ne pouvez bien sûr pas utiliser de combinaison de radioprotection, mais des règles élémentaires telles que vêtements fermés et les gants chirurgicaux doivent être respectés. Étant donné que le tritium représente le principal danger par ingestion, il est important d'arrêter les activités dans lesquelles cela devient possible. Sinon, il n'y a rien à craindre.

Cependant, s'il en grand nombre pénétré dans les tissus de l'organisme, un mal des rayons aigu ou chronique peut se développer, selon la durée, la dose et la régularité de l'exposition. Dans certains cas, cette maladie est guérie avec succès, mais avec des lésions étendues, une issue fatale est possible.

Dans tous corps normal il y a des traces de tritium, bien qu'elles soient absolument insignifiantes et n'affectent guère Eh bien, pour les amateurs de montres à aiguilles lumineuses, son niveau est plusieurs fois plus élevé, bien qu'il soit toujours considéré comme sûr.

Eau super lourde

Le tritium, comme l'hydrogène ordinaire, peut former de nouvelles substances. En particulier, il est inclus dans la molécule de l'eau dite superlourde (superlourde). Les propriétés de cette substance ne sont pas trop différentes de l'H 2 O habituelle pour chaque personne.Malgré le fait que l'eau de tritium peut également participer au métabolisme, elle a une toxicité assez élevée et est excrétée dans une période de dix jours, au cours de laquelle les tissus peut devenir tout à fait un degré élevé irradiation. Et bien que cette substance soit moins dangereuse en soi, elle est plus dangereuse en raison de la période pendant laquelle elle se trouve dans le corps.

Absolument n'importe lequel chimique se compose d'un certain ensemble de protons et de neutrons. Ils sont maintenus ensemble en raison du fait qu'il y a une énergie de liaison à l'intérieur de la particule. noyau atomique.

Un trait caractéristique des forces d'attraction nucléaires est leur puissance très élevée à des distances relativement faibles (d'environ 10 à 13 cm). À mesure que la distance entre les particules augmente, les forces d'attraction à l'intérieur de l'atome s'affaiblissent également.

Raisonnement sur l'énergie de liaison à l'intérieur du noyau

Si vous imaginez qu'il existe un moyen de séparer tour à tour les protons et les neutrons du noyau d'un atome et de les disposer à une distance telle que l'énergie de liaison du noyau atomique cesse d'agir, cela doit être un travail très difficile. Pour extraire ses composants du noyau d'un atome, il faut essayer de vaincre les forces intra-atomiques. Ces efforts iront vers la division de l'atome en les nucléons qu'il contient. Par conséquent, on peut juger que l'énergie du noyau atomique est inférieure à l'énergie des particules qui le composent.

La masse des particules subatomiques est-elle égale à la masse d'un atome ?

Déjà en 1919, les chercheurs ont appris à mesurer la masse d'un noyau atomique. Le plus souvent, il est «pesé» à l'aide d'appareils techniques spéciaux, appelés spectromètres de masse. Le principe de fonctionnement de tels dispositifs est que les caractéristiques du mouvement de particules de masses différentes sont comparées. De plus, ces particules ont les mêmes charges électriques. Les calculs montrent que les particules qui ont différents indicateurs les masses suivent des trajectoires différentes.

Les scientifiques modernes ont découvert avec une grande précision les masses de tous les noyaux, ainsi que les protons et les neutrons qui les composent. Si nous comparons la masse d'un certain noyau à la somme des masses des particules qu'il contient, il s'avère que dans chaque cas, la masse du noyau sera supérieure à la masse des protons et des neutrons individuels. Cette différence sera d'environ 1 % pour n'importe quel produit chimique. Par conséquent, nous pouvons conclure que l'énergie de liaison d'un noyau atomique est de 1% de son énergie au repos.

Propriétés des forces intranucléaires

Les neutrons qui se trouvent à l'intérieur du noyau sont repoussés les uns des autres par les forces de Coulomb. Cependant, l'atome ne s'effondre pas. Ceci est facilité par la présence d'une force d'attraction entre les particules d'un atome. De telles forces, qui sont d'une nature autre qu'électrique, sont dites nucléaires. Et l'interaction des neutrons et des protons s'appelle l'interaction forte.

En bref, les propriétés des forces nucléaires sont les suivantes :

• c'est l'indépendance de charge ;
• action uniquement à courte distance;
• ainsi que la saturation, qui fait référence à la rétention d'un certain nombre seulement de nucléons les uns à côté des autres.

Selon la loi de conservation de l'énergie, au moment où les particules nucléaires sont combinées, de l'énergie est libérée sous forme de rayonnement.

Énergie de liaison des noyaux atomiques : formule

Pour les calculs ci-dessus, la formule généralement acceptée est utilisée :

Est=(Z m p +(A-Z) m n -Mje) s²

Ici sous Est fait référence à l'énergie de liaison du noyau; à partir de- la vitesse de la lumière; Z-nombre de protons ; (A-Z) est le nombre de neutrons ; MP désigne la masse du proton ; mais m n est la masse du neutron. M je désigne la masse du noyau d'un atome.

Énergie interne des noyaux de diverses substances

Pour déterminer l'énergie de liaison du noyau, la même formule est utilisée. L'énergie de liaison calculée par la formule, comme indiqué précédemment, n'est pas supérieure à 1% de énergie totale atome ou énergie de repos. Cependant, à y regarder de plus près, il s'avère que ce nombre fluctue assez fortement d'une substance à l'autre. Si vous essayez de déterminer ses valeurs exactes, elles différeront en particulier pour les noyaux dits légers.

Par exemple, l'énergie de liaison à l'intérieur d'un atome d'hydrogène est nulle car il ne contient qu'un seul proton, alors que l'énergie de liaison d'un noyau d'hélium serait de 0,74 %. Pour les noyaux d'une substance appelée tritium, ce nombre sera de 0,27 %. L'oxygène a 0,85%. Dans les noyaux, où il y a environ soixante nucléons, l'énergie de liaison intra-atomique sera d'environ 0,92 %. Pour les noyaux atomiques de masse plus importante, ce nombre diminuera progressivement jusqu'à 0,78 %.

Pour déterminer l'énergie de liaison du noyau d'hélium, de tritium, d'oxygène ou de toute autre substance, la même formule est utilisée.

Types de protons et de neutrons

Les principales raisons de ces différences peuvent être expliquées. Les scientifiques ont découvert que tous les nucléons contenus à l'intérieur du noyau sont divisés en deux catégories : de surface et internes. Les nucléons internes sont ceux qui sont entourés par d'autres protons et neutrons de tous les côtés. Ceux de surface n'en sont entourés que de l'intérieur.

L'énergie de liaison d'un noyau atomique est une force plus prononcée pour les nucléons internes. Soit dit en passant, quelque chose de similaire se produit avec la tension superficielle de divers liquides.

Combien de nucléons tiennent dans un noyau

Il a été constaté que le nombre de nucléons internes est particulièrement faible dans les noyaux dits légers. Et dans ceux qui appartiennent à la catégorie des plus légers, presque tous les nucléons sont considérés comme de surface. On pense que l'énergie de liaison du noyau atomique est une quantité qui devrait augmenter avec le nombre de protons et de neutrons. Mais même cette croissance ne peut se poursuivre indéfiniment. À Un certain montant les nucléons - et c'est de 50 à 60 - une autre force entre en jeu - leur répulsion électrique. Cela se produit même indépendamment de la présence d'énergie de liaison dans le noyau.

L'énergie de liaison du noyau atomique dans diverses substances utilisé par les scientifiques pour libérer de l'énergie nucléaire.

De nombreux scientifiques se sont toujours intéressés à la question : d'où vient l'énergie lorsque des noyaux plus légers fusionnent avec des noyaux plus lourds ? En fait, cette situation semblable à la fission atomique. Dans le processus de fusion des noyaux légers, tout comme cela se produit lors de la scission des noyaux lourds, des noyaux d'un type plus fort se forment toujours. Pour "obtenir" tous les nucléons qu'ils contiennent à partir de noyaux légers, il faut dépenser moins de quantité d'énergie que ce qui est libéré lorsqu'ils sont combinés. L'inverse est également vrai. En fait, l'énergie de fusion, qui tombe sur une certaine unité de masse, peut être supérieure à l'énergie spécifique de fission.

Scientifiques qui ont étudié les processus de fission nucléaire

Le processus a été découvert par les scientifiques Hahn et Strassmann en 1938. Dans les murs de l'Université de chimie de Berlin, des chercheurs ont découvert que lorsque l'uranium est bombardé avec d'autres neutrons, il se transforme en éléments plus légers, se tenant au milieu du tableau périodique.

Une contribution significative au développement de ce domaine de connaissances a également été apportée par Lise Meitner, à qui Hahn a proposé un jour d'étudier ensemble la radioactivité. Hahn n'a autorisé Meitner à travailler qu'à la condition qu'elle mène ses recherches au sous-sol et ne monte jamais étages supérieurs qui était un fait de discrimination. Cependant, cela ne l'a pas empêchée d'obtenir un succès significatif dans l'étude du noyau atomique.