10.E: Fizikia ya nyuklia (Mazoezi)

Maswali ya dhana

10.1 Mali ya Nuclei

1. Kufafanua na kufanya tofauti wazi kati ya maneno neutron, nucleon, kiini, na nuclide.

2. Isotopu ni nini? Kwa nini isotopi za atomi sawa zinashiriki mali sawa za kemikali?

10.2 Nishati ya Nishati

3. Eleza kwa nini mfumo uliofungwa unapaswa kuwa na wingi mdogo kuliko vipengele vyake. Kwa nini hii haionyeshi jadi, sema, kwa jengo lililofanywa kwa matofali?

4. Kwa nini idadi ya nyutroni ni kubwa kuliko idadi ya protoni katika nuclei imara ambayo ina A kubwa kuliko takriban 40? Kwa nini athari hii inajulikana zaidi kwa nuclei nzito zaidi?

5. Ili kupata thamani sahihi zaidi ya nishati ya kumfunga kwa nucleon, ni muhimu kuzingatia nguvu kati ya nucleons kwenye uso wa kiini. Je, madhara ya uso itaongeza au kupungua kwa makadirio ya BEN?

10.3 Uozo wa mionzi

6. Je! Kiwango cha awali cha shughuli za dutu ya mionzi kinahusiana na nusu ya maisha yake?

7. Kwa dating ya kaboni iliyoelezwa katika sura hii, ni dhana gani muhimu inayofanywa kuhusu tofauti ya wakati katika ukubwa wa mionzi ya cosmic?

10.4 Majibu ya nyuklia

8. Ni tofauti gani muhimu na kufanana muhimu kati ya beta (\(\displaystyle β−\)) kuoza na kuoza kwa alpha?

9. Ni tofauti gani kati ya\(\displaystyle γ\) mionzi na X-rays ya tabia na mwanga unaoonekana?

10. Ni sifa gani za radioactivity zinaonyesha kuwa asili ya nyuklia na sio atomiki?

11. Fikiria Kielelezo 10.12. Kama uwanja magnetic ni kubadilishwa na uwanja umeme alisema katika kuelekea ukurasa, ambayo maelekezo itakuwa\(\displaystyle α-, β^+-\), na\(\displaystyle γ\) mionzi bend?

12. Kwa nini msingi wa dunia umeyeyuka?

10.5 mgawanyiko

13. Je, bomu atomiki kweli kuitwa bomu nyuklia?

14. Kwa nini mmenyuko wa mnyororo hutokea wakati wa mmenyuko wa fission?

15. Kwa njia gani kiini atomia ni kama tone la kiowevu?

10.6 nyuklia fusion

16. Eleza tofauti kati ya fission nyuklia na fusion nyuklia.

17. Kwa nini fusion ya nuclei mwanga katika nuclei nzito kutolewa nishati?

10.7 Matumizi ya Matibabu na madhara ya kibiolojia ya mionzi ya nyukl

18. Kwa nini Scan ya PET ni sahihi zaidi kuliko Scan ya SPECT?

19. Isotopu ambazo hutoa\(\displaystyle α\) mionzi ni salama kiasi nje ya mwili na ndani ya hatari sana. Eleza kwa nini.

20. Mionzi ya ionizing inaweza kuharibu uwezo wa kiini kutengeneza DNA. Je! Ni njia tatu ambazo kiini kinaweza kujibu?

Matatizo

10.1 Mali ya Nuclei

21. Find idadi atomiki, idadi ya wingi, na idadi ya neutroni kwa

(a)\(\displaystyle ^{58}_{29}Cu\),

(b)\(\displaystyle ^{24}_{11}Na\),

(c)\(\displaystyle ^{210}_{84}Po\),

(d)\(\displaystyle ^{45}_{20}Ca\), na

(e)\(\displaystyle ^{206}_{82}Pb\).

22. Fedha ina isotopi mbili imara. Kiini,\(\displaystyle ^{107}_{47}Ag\), kina masi atomia 106.905095 g/mol yenye wingi wa\(\displaystyle 51.83%\); ambapo\(\displaystyle ^{109}_{47}Ag\) ina masi atomia 108.904754 g/mol yenye wingi wa\(\displaystyle 48.17%\) 48.17%. Pata molekuli ya atomiki ya fedha ya kipengele.

23. Masi (M) na radius (r) ya kiini inaweza kuelezwa kwa suala la idadi kubwa, A.

(a) Onyesha kwamba wiani wa kiini ni huru ya A.

(b) Tumia wiani wa kiini cha dhahabu (Au). Linganisha jibu lako na hilo kwa chuma (Fe).

24. Chembe ina wingi sawa na 10 u Kama molekuli hii inabadilishwa kabisa kuwa nishati, ni kiasi gani cha nishati kinachotolewa? Eleza jibu lako katika volts mega-electron (MeV). (Kumbuka kwamba\(\displaystyle 1eV=1.6×10^{−19}J\).)

25. Pata urefu wa upande wa mchemraba una masi ya kilo 1.0 na wiani wa jambo la nyuklia.

26. Maelezo ambayo unaweza kuchunguza kwa kutumia probe ni mdogo na wavelength yake. Tumia nishati ya chembe ambayo ina wavelength ya\(\displaystyle 1×10^{−16}m\), ndogo ya kutosha kuchunguza maelezo kuhusu moja ya kumi ukubwa wa nucleon.

10.2 Nishati ya Nishati

27. Ni kiasi gani cha nishati kitatolewa kama atomi sita za hidrojeni na neutroni sita ziliunganishwa kuunda\(\displaystyle ^{12}_6C\)?

28. Pata kasoro ya wingi na nishati ya kumfunga kwa kiini cha helium-4.

29. \(\displaystyle ^{56}Fe\)ni miongoni mwa wengi tightly amefungwa ya nuclides wote. Inafanya zaidi\(\displaystyle 90%\) ya chuma cha asili. Kumbuka kwamba\(\displaystyle ^{56}Fe\) ina hata idadi ya protoni na nyutroni. Tumia nishati ya kumfunga kwa nucleon\(\displaystyle ^{56}Fe\) na ulinganishe na thamani ya takriban iliyopatikana kutoka kwenye grafu kwenye Mchoro 10.7.

30. \(\displaystyle ^{209}Bi\)ni nuclide nzito zaidi imara, na BEN yake ni ya chini ikilinganishwa na nuclides kati-molekuli. Tumia BEN kwa kiini hiki na ulinganishe na thamani ya takriban iliyopatikana kutoka kwenye grafu kwenye Mchoro 10.7.

31. (a) Mahesabu ya BEN kwa\(\displaystyle ^{235}U\), rarer ya isotopu mbili za kawaida za uranium;

(b) Mahesabu ya BEN kwa\(\displaystyle ^{238}U\). (Wengi wa uranium ni\(\displaystyle ^{238}U\).)

32. Ukweli kwamba BEN peaks katika takribani\(\displaystyle A=60\) ina maana kwamba aina mbalimbali ya nguvu ya nyuklia ni kuhusu kipenyo cha kiini hiki.

(a) Tumia kipenyo cha\(\displaystyle A=60\) kiini.

(b) Linganisha BEN kwa\(\displaystyle ^{58}Ni\) na\(\displaystyle ^{90}Sr\). Ya kwanza ni mojawapo ya nuclides zilizofungwa sana, wakati wa pili ni kubwa na chini ya kufungwa.

10.3 Uozo wa mionzi

33. Sampuli ya nyenzo za mionzi hupatikana kutoka mwamba wa zamani sana. njama ln A mistari t mavuno thamani mteremko wa\(\displaystyle −10^{−9}s^{−1}\) (angalia Kielelezo 10.10 (b)). Nusu ya maisha ya nyenzo hii ni nini?

34. Onyesha kwamba:\(\displaystyle \bar{T}=\frac{1}{λ}\).

35. Nusu ya maisha ya strontium-91,\(\displaystyle ^{91}_{38}Sr\) ni 9.70 h Kupata

(a) kuoza kwake mara kwa mara na

(b) kwa sampuli ya awali ya 1.00-g, shughuli baada ya masaa 15.

36. sampuli ya kaboni-14 safi (\(\displaystyle T_{1/2}=5730y\)ina shughuli ya\(\displaystyle 1.0μCi\). Uzito wa sampuli ni nini?

37. Sampuli ya mionzi awali ina\(\displaystyle 2.40×10^{−2}\) mol ya nyenzo za mionzi ambayo nusu ya maisha ni 6.00 h. moles ngapi ya nyenzo za mionzi iliyobaki baada ya 6.00 h? Baada ya 12.0 h? Baada ya 36.0 h?

38. Campfire zamani ni wazi wakati wa kuchimba archaeological. Mkaa wake hupatikana kuwa na chini ya 1/1000 kiasi cha kawaida cha\(\displaystyle ^{14}C\). Tathmini umri mdogo wa mkaa, akibainisha kuwa\(\displaystyle 2^{10}=1024\).

39. Tumia shughuli\(\displaystyle R\), katika curies ya 1.00 g ya\(\displaystyle ^{226}Ra\).

(b) Eleza kwa nini jibu lako si hasa 1.00 Ci, kutokana na kwamba curie awali ilitakiwa kuwa hasa shughuli ya gramu ya radiamu.

40. Uranium asilia ina\(\displaystyle ^{235}U\) (asilimia wingi = 0.7200%,\(\displaystyle λ=3.12×10^{−17}/s\)) na\(\displaystyle ^{238}U\) (asilimia wingi = 99.27%,\(\displaystyle λ=4.92×10^{−18}/s\)). Ni maadili gani kwa asilimia wingi wa\(\displaystyle ^{235}U\) na\(\displaystyle ^{238}U\) wakati Dunia iliunda miaka 4.5×1094.5×109 iliyopita?

41. Ndege ya Vita Kuu ya II ilikuwa na vyombo vilivyo na mihuri iliyojenga radiamu. Shughuli ya chombo kimoja ilikuwa\(\displaystyle 1.0×10^5\) Bq wakati mpya.

(a) Ni umati gani wa\(\displaystyle ^{226}Ra\) alikuwepo?

(b) Baada ya miaka kadhaa, phosphors kwenye dials imeshuka kwa kemikali, lakini radium haikutoroka. Je, ni shughuli gani za chombo hiki miaka 57.0 baada ya kufanywa?

42. \(\displaystyle ^{210}Po\)Chanzo kilichotumiwa katika maabara ya fizikia kinaitwa kuwa na shughuli ya\(\displaystyle 1.0μCi\) tarehe iliyoandaliwa. Mwanafunzi hatua radioactivity ya chanzo hiki na Geiger counter na anaona 1500 makosa kwa dakika. Anatambua kwamba chanzo kiliandaliwa siku 120 kabla ya maabara yake. Ni sehemu gani ya kuoza anaangalia na vifaa vyake?

43. Makombora ya kupiga silaha na cores ya uranium iliyoharibika yanafukuzwa na ndege kwenye mizinga. (Uzito mkubwa wa uranium huwafanya kuwa na ufanisi.) Uranium inaitwa wazi kwa sababu imekuwa na\(\displaystyle ^{235}U\) kuondolewa kwa ajili ya matumizi Reactor na ni karibu safi\(\displaystyle ^{238}U\). Uranium iliyoharibika imekuwa kimakosa kuitwa nonradiously. Ili kuonyesha kwamba hii ni sahihi:

(a) Tumia shughuli ya 60.0 g ya safi\(\displaystyle ^{238}U\).

(b) Tumia shughuli za 60.0 g ya uranium ya asili, kukataa\(\displaystyle ^{234}U\) na nuclides zote za binti.

10.4 Majibu ya nyuklia

44. \(\displaystyle ^{249}Cf\)hupitia alpha kuoza.

(a) Andika equation ya majibu.

(b) Kupata nishati iliyotolewa katika kuoza.

45. (a) Mahesabu ya nishati iliyotolewa katika\(\displaystyle α\) kuoza kwa\(\displaystyle ^{238}U\).

(b) Ni sehemu gani ya wingi wa moja\(\displaystyle ^{238}U\) iliyoharibiwa katika kuoza? Masi ya\(\displaystyle ^{234}Th\) ni 234.043593 u.

(c) Ingawa hasara ya molekuli ya sehemu ni kubwa kwa kiini kimoja, ni vigumu kuchunguza kwa sampuli nzima ya macroscopic ya uranium. Kwa nini hii?

46. \(\displaystyle β−\)Chembe zilizotolewa katika kuoza kwa\(\displaystyle ^3H\) (tritium) huingiliana na suala ili kuunda mwanga katika ishara ya kuondoka kwa gla-katika-giza. Wakati wa utengenezaji, ishara hiyo ina 15.0 Ci ya\(\displaystyle ^3H\).

(a) Masi ya tritiamu ni nini?

(b) Shughuli yake 5.00 y baada ya utengenezaji ni nini?

47. (a) Andika kamili\(\displaystyle β−\) kuoza equation kwa\(\displaystyle ^{90}Sr\), kuu taka bidhaa ya mitambo ya nyuklia.

(b) Kupata nishati iliyotolewa katika kuoza.

48. Andika mmenyuko wa\(\displaystyle β−\) kuoza nyuklia unaozalisha\(\displaystyle ^{90}Y\) kiini. (Kidokezo: Nuclide mzazi ni kubwa taka bidhaa ya mitambo na ina kemia sawa na kalsiamu, hivyo kwamba ni kujilimbikizia katika mifupa kama kumeza.)

49. Andika equation kamili ya kuoza katika\(\displaystyle ^A_ZX_N\) nukuu kamili kwa beta (\(\displaystyle β−\)) kuoza kwa\(\displaystyle ^3H\) (tritium), isotopu ya viwandani ya hidrojeni inayotumiwa katika baadhi ya maonyesho ya kuangalia digital, na viwandani hasa kwa matumizi katika mabomu ya hidrojeni.

50. Ikiwa kipande cha risasi cha 1.50-cm kinaweza kunyonya mionzi kutoka chanzo\(\displaystyle 90.0%\) cha mionzi, ni sentimita ngapi za risasi zinahitajika ili kunyonya yote isipokuwa\(\displaystyle 0.100%\) ya mionzi?

51. Electron inaweza kuingiliana na kiini kupitia mchakato wa kuoza beta-:\(\displaystyle ^A_ZX+e^−→Y+v_e\).

(a) Andika kamili mmenyuko equation kwa ajili ya kukamata elektroni na\(\displaystyle ^7{Be}\).

(b) Tumia nishati iliyotolewa.

52. (a) Andika kamili mmenyuko equation kwa ajili ya kukamata elektroni na\(\displaystyle ^{15}O\).

(b) Tumia nishati iliyotolewa.

53. Hali ya kuoza kwa nadra imezingatiwa ambayo\(\displaystyle ^{222}Ra\) hutoa\(\displaystyle ^{14}C\) kiini.

(a) equation kuoza ni\(\displaystyle ^{222}Ra→^AX+^{14}C\). Kutambua nuclide\(\displaystyle ^AX\).

(b) Pata nishati iliyotolewa katika kuoza. Masi ya\(\displaystyle ^{222}Ra\) ni 222.015353 u.

10.5 mgawanyiko

54. Reactor kubwa ya nguvu ambayo imekuwa ikifanya kazi kwa miezi kadhaa imezimwa, lakini shughuli za mabaki katika msingi bado zinazalisha 150 MW ya nguvu. Ikiwa nishati ya wastani kwa kuoza kwa bidhaa za fission ni 1.00 MeV, ni shughuli gani ya msingi?

55. (a) Tumia hesabu ya nishati iliyotolewa katika fission hii ya nadra ya neutron-ikiwa\(\displaystyle n+^{238}U→^{96}Sr+^{140}Xe+3n\), iliyotolewa\(\displaystyle m(^{96}Sr)=95.921750u\) na\(\displaystyle m(^{140}Xe)=139.92164\).

(b) Matokeo haya ni kuhusu 6 MeV kubwa kuliko matokeo ya fission ya hiari. Kwa nini? (c) Thibitisha kwamba idadi ya nucleons na malipo ya jumla huhifadhiwa katika mmenyuko huu.

56. (a) Kuhesabu nishati iliyotolewa katika mmenyuko wa fission unaosababishwa na neutroni\(\displaystyle n+^{235}U→^{92}Kr+^{142}Ba+2n\), iliyotolewa\(\displaystyle m(^{92}Kr)=91.926269u\) na\(\displaystyle m(^{142}Ba)=141.916361u\).

(b) Thibitisha kwamba idadi ya nucleons na malipo ya jumla huhifadhiwa katika mmenyuko huu.

57. Pato la umeme la kituo kikubwa cha reactor nyuklia ni 900 MW. Ina\(\displaystyle 35.0%\) ufanisi katika kugeuza nguvu za nyuklia kwa nguvu za umeme.

(a) Ni pato gani la nguvu za nyuklia katika megawati?

(b) Ni\(\displaystyle ^{235}U\) ngapi nuclei fission kila pili, kuchukua fission wastani inazalisha 200 MeV?

(c) Ni molekuli gani ya\(\displaystyle ^{235}U\) ni fissioned katika 1 mwaka wa operesheni kamili ya nguvu?

58. Kupata jumla ya nishati iliyotolewa kama 1.00 kilo ya\(\displaystyle ^{235}_{92}U\) walikuwa kupitia fission.

10.6 nyuklia fusion

59. Thibitisha kwamba idadi ya nucleons, na malipo ya jumla huhifadhiwa kwa kila moja ya athari za fusion zifuatazo katika mlolongo wa protoni-proton.

(i)\(\displaystyle ^1H+^1H→^2H+e^++v_e\),

(ii)\(\displaystyle ^1H+^2H→^3He+γ\), na

(iii)\(\displaystyle ^3He+^3He→^4He+^1H+^1H\). (Orodha ya thamani ya kila kiasi kilichohifadhiwa kabla na baada ya kila athari.)

60. Tumia pato la nishati katika kila athari za fusion katika mlolongo wa protoni-proton, na uhakikishe maadili yaliyowekwa katika tatizo lililotangulia.

61. Onyesha kwamba nishati ya jumla iliyotolewa katika mlolongo wa protoni-proton ni 26.7 MeV, kwa kuzingatia athari ya jumla katika\(\displaystyle ^1H+^1H→^2H+e^++v_e, ^1H+^2H→^3He+γ\), na\(\displaystyle ^3He+^3He→^4He+^1H+^1H\). Hakikisha kuingiza nishati ya uharibifu.

62. Athari mbili za fusion zilizotajwa katika maandiko ni\(\displaystyle n+^3He→^4He+γ\) na\(\displaystyle n+^1H→^2H+γ\). Athari zote hutoa nishati, lakini pili pia hujenga mafuta zaidi. Thibitisha kwamba nguvu zinazozalishwa katika athari ni 20.58 na 2.22 MeV, kwa mtiririko huo. Maoni ambayo bidhaa nuclide ni zaidi kukazwa amefungwa,\(\displaystyle ^{4}He\) au\(\displaystyle ^{2}H\).

63. Pato la nguvu la Jua ni\(\displaystyle 4×10^{26}W\).

(a) Ikiwa\(\displaystyle 90%\) ya nishati hii hutolewa na mlolongo wa protoni-proton, ni protoni ngapi zinazotumiwa kwa pili?

(b) Ni neutrinos ngapi kwa sekunde inapaswa kuwepo kwa kila mita ya mraba kwenye uso wa Dunia kutokana na mchakato huu?

64. Seti nyingine ya athari inayounganisha hidrojeni kuwa heliamu katika Jua na hasa katika nyota kali huitwa mzunguko wa CNO: Utaratibu\(\displaystyle ^{12}C+^1H→^{13}N+γ^{13}N→13C+e^++v_e^{13}C+^1H+γ^{14}N+^1H→^{15}O+^{15}N+e^++v_e15N+^1H→12C+^4He\) huu ni “mzunguko” kwa sababu\(\displaystyle ^{12}C\) unaonekana mwanzoni na mwisho wa athari hizi. Andika athari ya jumla ya mzunguko huu (kama ilivyofanyika kwa mlolongo wa protoni-proton in\(\displaystyle 2e^−+4^1H→^4He+2v_e+6γ\)). Fikiria kwamba positrons huangamiza elektroni ili kuunda\(\displaystyle γ\) mionzi zaidi.

65. (a) Tumia nishati iliyotolewa na fusion ya mchanganyiko wa kilo 1.00-ya deuterium na tritium, ambayo hutoa heliamu. Kuna idadi sawa ya deuterium na nuclei ya tritium katika mchanganyiko.

(b) Ikiwa mchakato huu unafanyika kwa kuendelea kwa kipindi cha mwaka, ni nini wastani wa pato la nguvu?

10.7 Matumizi ya Matibabu na madhara ya kibiolojia ya mionzi ya nyukl

66. Je! Ni kipimo gani katika mSv kwa:

(a) X-ray ya 0.1-Gy?

(b) 2.5 mGy ya nyutroni yatokanayo na jicho?

(c) 1.5m Gy ya\(\displaystyle α\) mfiduo?

67. Pata kipimo cha mionzi katika Gy kwa:

(a) 10-msv fluoroscopic X-ray mfululizo.

(b) 50 mSv ya mfiduo wa ngozi na\(\displaystyle α\) emitter.

(c) 160 mSv ya\(\displaystyle β−\) na\(\displaystyle γ\) rays kutoka\(\displaystyle ^{40}K\) katika mwili wako.

68. Kupata wingi wa\(\displaystyle ^{239}Pu\) ambayo ina shughuli ya\(\displaystyle 1.00μCi\).

69. Katika miaka ya 1980, neno picowave lilitumika kuelezea mnururisho wa chakula ili kuondokana na upinzani wa umma kwa kucheza kwenye usalama maalumu wa mionzi ya microwave. Pata nishati katika MeV ya photon iliyo na wavelength ya picometer.

70. Je! Ni kipimo gani katika Sv katika matibabu ya kansa ambayo hufunua mgonjwa kwa\(\displaystyle γ\) mionzi ya 200 Gy?

71. Nusu moja ya mionzi ya γγ kutoka\(\displaystyle ^{99m}Tc\) inakabiliwa na shielding ya kuongoza 0.170-mm-nene. Nusu ya\(\displaystyle γ\) mionzi ambayo hupita kwenye safu ya kwanza ya risasi huingizwa kwenye safu ya pili ya unene sawa. Nini unene wa risasi utachukua yote lakini moja katika 1000 ya\(\displaystyle γ\) mionzi hii?

72. Ni gy ngapi ya mfiduo inahitajika ili kutoa tumor ya saratani dozi ya 40 Sv ikiwa inaonekana kwa\(\displaystyle α\) shughuli?

73. Fundi bomba kwenye mmea wa nguvu za nyuklia hupokea kipimo cha mwili mzima cha 30 mSv katika dakika 15 huku akitengeneza valve muhimu. Kupata mionzi ikiwa kila mwaka hatari ya kifo kutokana na kansa na nafasi ya kasoro maumbile kutoka yatokanayo hii upeo halali.

74. Tumia kipimo katika rem/y kwa mapafu ya mfanyakazi wa kupanda silaha ambaye inhales na anakuwa na shughuli ya\(\displaystyle 1.00μCi\)\(\displaystyle ^{239}Pu\) ajali. Uzito wa tishu za mapafu zilizoathiriwa ni kilo 2.00 na kuoza kwa plutonium kwa\(\displaystyle α\) chembe ya 5.23-MEV. Kudhani thamani RBE ya 20.

Matatizo ya ziada

75. Tovuti ya wiki-phony inasema kwamba molekuli ya atomiki ya klorini ni 40 g/mol. Angalia matokeo haya. Kidokezo: mbili, isotopu ya kawaida imara ya klorini ni:\(\displaystyle ^{35}_{17}Cl\) na\(\displaystyle ^{37}_{17}Cl\). (Wengi wa Cl-35 ni\(\displaystyle 75.8%\), na wingi wa Cl-37 ni\(\displaystyle 24.2%\).)

76. Mwanafizikia wa chembe anagundua chembe ya neutral yenye molekuli ya 2.02733 u ambayo anadhani ni nyutroni mbili zilizofungwa pamoja.

(a) Pata nishati ya kumfunga.

(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

77. Mwanafizikia\(\displaystyle 1.0μg\) wa nyuklia hupata\(\displaystyle ^{236}U\) katika kipande cha madini ya uranium (\(\displaystyle T_{1/2} = 2.348×10^7y\).

(a) Tumia sheria ya kuoza ili kuamua ni kiasi gani\(\displaystyle ^{236}U\) ingekuwa duniani wakati ulipoundwa\(\displaystyle 4.543×10^9y\) iliyopita kwa 1.0μg1.0μg kushoto leo.

(b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

(c) Matokeo haya yasiyo ya maana yanatatuliwaje?

78. Kikundi cha wanasayansi hutumia dating ya kaboni hadi sasa kipande cha kuni kuwa na umri wa miaka bilioni 3. Kwa nini hii haina maana?

79. Kwa mujibu wa mpenzi wako wa maabara, kioo cha sodiamu-iodidi cha 2.00-nene kinachukua mionzi yote\(\displaystyle 10%\) isipokuwa ya mionzi kutoka chanzo cha mionzi na kipande cha 4.00-cm cha nyenzo sawa kinachukua yote lakini\(\displaystyle 5%\)? Je, matokeo haya yanafaa?

80. Katika sehemu ya sayansi ya gazeti, makala inaripoti jitihada za kundi la wanasayansi kuunda reactor mpya ya nyuklia kulingana na fission ya chuma (Fe). Je, hii ni wazo nzuri?

81. Glaze kauri juu ya nyekundu-machungwa “Fiestaware” sahani ni\(\displaystyle U_2O_3\) na ina 50.0 gramu ya\(\displaystyle ^{238}U\), lakini kidogo sana\(\displaystyle ^{235}U\).

(a) Shughuli ya sahani ni nini?

(b) Tumia jumla ya nishati ambayo itatolewa na\(\displaystyle ^{238}U\) kuoza.

(c) Ikiwa nishati ina thamani ya senti 12.0 kwa kila\(\displaystyle kW⋅h\), thamani ya fedha ya nishati iliyotolewa ni nini? (Sahani hizi za kauri za rangi nyekundu ziliondoka katika uzalishaji miaka 30 iliyopita, lakini bado zinapatikana kama collectibles.)

82. Kiasi kikubwa cha uranium iliyoharibika (\(\displaystyle ^{238}U\)) hupatikana kama bidhaa ya usindikaji wa uranium kwa mafuta na silaha za reactor. Uranium ni mnene sana na hufanya uzito mzuri wa kukabiliana na ndege. Tuseme una 4000-kg block ya\(\displaystyle ^{238}U\).

(a) Kupata shughuli zake.

(b) Ni kalori ngapi kwa siku zinazotokana na thermalization ya nishati ya kuoza?

(c) Je, unafikiri unaweza kuchunguza hii kama joto? Eleza.

83. Kipande cha kuni kutoka kaburi la kale la Misri kinajaribiwa kwa shughuli zake za kaboni-14. Ni kupatikana kuwa na shughuli kwa gramu ya kaboni ya\(\displaystyle A=10decay/min⋅g\). Je! Ni umri gani wa kuni?

Changamoto Matatizo

84. Tatizo hili linaonyesha kwamba nishati ya kisheria ya elektroni katika hali ya ardhi ya atomi ya hidrojeni ni ndogo sana kuliko nguvu zote za wingi wa protoni na elektroni.

(a) Kuhesabu wingi sawa katika u ya 13.6-EV kisheria nishati ya elektroni katika atomi hidrojeni, na kulinganisha hii na wingi inayojulikana ya atomi hidrojeni.

(b) Ondoa molekuli inayojulikana ya protoni kutoka kwa wingi unaojulikana wa atomi ya hidrojeni.

(c) Chukua uwiano wa nishati ya kisheria ya elektroni (13.6 eV) kwa nishati sawa na wingi wa elektroni (0.511 MeV). (d) Jadili jinsi majibu yako yanathibitisha kusudi lililoelezwa la tatizo hili.

85. Probe ya nafasi ya Galileo ilizinduliwa katika safari yake ndefu iliyopita Venus na Dunia mwaka 1989, na lengo kuu la Jupiter. Chanzo chake cha nguvu ni 11.0 kg ya\(\displaystyle ^{238}Pu\), kwa-bidhaa ya uzalishaji wa silaha za nyuklia plutonium. Nishati ya umeme huzalishwa thermoelectrically kutokana na joto zinazozalishwa wakati\(\displaystyle α\) chembe 5.59-MEV lilio katika kila ajali kuoza kwa kuacha ndani ya plutonium na shielding yake. Nusu ya maisha\(\displaystyle ^{238}Pu\) ni miaka 87.7.

(a) Ilikuwa shughuli ya awali ya\(\displaystyle ^{238}Pu\) katika becquerels nini?

(b) Ni nguvu gani iliyotolewa katika kilowatts?

(c) Ni nguvu gani iliyotolewa 12.0 y baada ya uzinduzi? Unaweza kupuuza nishati yoyote ya ziada kutoka kwa nuclides ya binti na hasara yoyote kutoka kwa kukimbia\(\displaystyle γ\) mionzi.

86. Kupata nishati lilio katika\(\displaystyle β−\) kuoza kwa\(\displaystyle ^{60}Co\).

87. Wahandisi mara nyingi huitwa kukagua na, ikiwa ni lazima, vifaa vya kutengeneza katika mimea ya nyuklia. Tuseme kwamba taa za jiji zinatoka. Baada ya kuchunguza reactor ya nyuklia, unapata bomba linalovuja linaloongoza kutoka jenereta ya mvuke kwenye chumba cha turbine.

(a) Je, masomo ya shinikizo kwa chumba cha turbine na condenser ya mvuke hulinganishaje?

(b) Kwa nini mtambo wa nyuklia hauzalishi umeme?

88. Kama viini viwili ni fyuzi katika majibu ya nyuklia, ni lazima kusonga kwa kasi ya kutosha ili nguvu repulsive Coulomb kati yao haina kuzuia yao kwa kupata ndani\(\displaystyle R≈10^{−14}m\) ya mtu mwingine. Kwa umbali huu au karibu, nguvu ya nyuklia inayovutia inaweza kushinda nguvu ya Coulomb, na nuclei zinaweza kuunganisha.

(a) Kupata formula rahisi ambayo inaweza kutumika kukadiria kiwango cha chini kinetic nishati kiini lazima kuwa kama ni fuse. Kuweka hesabu rahisi, kudhani nuclei mbili ni sawa na kusonga kuelekea mtu mwingine kwa kasi sawa v.

(b) Tumia nishati hii ya chini ya kinetic ili kukadiria joto la chini gesi ya nuclei lazima iwe nayo kabla idadi kubwa ya watu itafanyika fusion. Tumia joto hili la chini kwanza kwa hidrojeni halafu kwa heliamu. (Kidokezo: Kwa fusion kutokea, kiwango cha chini kinetic nishati wakati kiini ni mbali mbali lazima kuwa sawa na uwezo Coulomb nishati wakati wao ni umbali R mbali.)

89. Kwa majibu\(\displaystyle n+^3He→^4He+γ\), kupata kiasi cha uhamisho wa nishati\(\displaystyle ^4He\) na\(\displaystyle γ\) (upande wa kulia wa equation). Fikiria reactants ni awali katika mapumziko. (Kidokezo: Matumizi ya uhifadhi wa kanuni kasi.)

90. Wahandisi mara nyingi huitwa kukagua na, ikiwa ni lazima, vifaa vya kutengeneza katika hospitali za matibabu. Tuseme kwamba matatizo ya mfumo wa PET. Baada ya kuchunguza kitengo, unashutumu kuwa moja ya detectors ya PET photon ni misaligned. Ili kupima nadharia yako unaweka detector moja kwenye eneo\(\displaystyle (r,θ,φ)=(1.5,45,30)\) lililohusiana na sampuli ya mtihani wa mionzi katikati ya kitanda cha mgonjwa.

(a) Ikiwa detector ya pili ya photon imekaa vizuri wapi inapaswa kuwa iko?

(b) Nini kusoma nishati inatarajiwa?