Атомно ядро

Строеж и изотопи

1. От какви частици е изградено атомното ядро?

   • Протони и неутрони
   • Протони и електрони
   • Само протони
   • Неутрони и електрони

   Отговор: Протони и неутрони (нуклони)

   Протоните и неутроните заедно се наричат нуклони.

2. Какъв електричен заряд има неутронът?

   • положителен
   • нулев
   • отрицателен
   • двоен положителен

   Отговор: нулев

   Неутронът е електрически неутрална частица.

3. Какъв е електричният заряд на протона?

   • −e
   • 0
   • +e
   • +2e

   Отговор: +e

   Протонът има положителен заряд, равен по големина на заряда на електрона: +1,6·10⁻¹⁹ C.

4. Колко неутрона има в ядрото на ²³⁵₉₂U?

   • 235
   • 92
   • 143
   • 327

   Отговор: 143

   N = A − Z = 235 − 92 = 143.

5. Колко протона има в ядрото ¹²₆C?

   • 12
   • 6
   • 18
   • 3

   Отговор: 6

   Долният индекс е зарядовото число Z, което е броят на протоните.

6. Как се нарича изотопът на водорода, чието ядро съдържа един протон и два неутрона?

   • Деутерий
   • Тритий
   • Протий
   • Хелий-3

   Отговор: Тритий

   Ядрото на трития съдържа 1 протон и 2 неутрона (A = 3); тритият е радиоактивен.

7. Какво са изотопите?

   • Ядра с еднакъв брой неутрони и различен брой протони
   • Ядра с еднакво масово число
   • Атоми с различен брой електрони
   • Ядра с еднакъв брой протони и различен брой неутрони

   Отговор: Еднакво Z, различно A

   Изотопите са на един и същ елемент.

8. Как се нарича изотопът на водорода, чието ядро съдържа един протон и един неутрон?

   • тритий
   • протий
   • хелий-3
   • деутерий

   Отговор: деутерий

   Деутерият има A = 2, а тритият има A = 3.

9. Колко пъти приблизително масата на протона е по-голяма от масата на електрона?

   • ≈ 2
   • ≈ 18
   • ≈ 10⁶
   • ≈ 1836

   Отговор: ≈ 1836

   m_p ≈ 1,67·10⁻²⁷ kg, а m_e ≈ 9,1·10⁻³¹ kg; отношението е около 1836, затова масата на атома е почти изцяло в ядрото.

10. Какво е характерно за ядрените сили?

    • Действат на безкрайно големи разстояния
    • Много силни са, но действат само на разстояния от порядъка на 10⁻¹⁵ m
    • Действат само между протоните
    • По-слаби са от електричните

    Отговор: Силни и с малък обсег

    Те държат нуклоните заедно въпреки кулоновото отблъскване на протоните.

11. Какво е масовото число на ядро със 17 протона и 18 неутрона?

    • 35
    • 17
    • 18
    • 1

    Отговор: 35

    A = Z + N = 17 + 18 = 35.

12. Как се наричат ядра с еднакво масово число, но различно зарядово число (например ⁴⁰₁₈Ar и ⁴⁰₂₀Ca)?

    • Изобари
    • Изотопи
    • Изомери
    • Изотони

    Отговор: Изобари

    Изобарите имат еднакво A и различно Z, т.е. са ядра на различни елементи с еднакъв брой нуклони.

13. Приблизително колко пъти размерът на атома е по-голям от размера на ядрото му?

    • Около 10 пъти
    • Около 10⁵ пъти
    • Около 100 пъти
    • Около 10¹⁰ пъти

    Отговор: Около 10⁴-10⁵ пъти

    Атомът е около 10⁻¹⁰ m, а ядрото около 10⁻¹⁵-10⁻¹⁴ m.

14. Защо в тежките ядра неутроните са повече от протоните?

    • неутроните са по-леки
    • неутроните имат отрицателен заряд
    • неутроните добавят ядрено привличане, без да увеличават кулоновото отблъскване
    • протоните се превръщат в електрони

    Отговор: неутроните добавят ядрено привличане, без да увеличават кулоновото отблъскване

    С увеличаване на Z отблъскването между протоните расте и стабилността изисква повече неутрони.

15. Радиусът на ядрото е R ≈ 1,2·10⁻¹⁵·A^1/3 m. Колко пъти радиусът на ядро с A = 216 е по-голям от радиуса на ядро с A = 8?

    • 27 пъти
    • 9 пъти
    • 3 пъти
    • √27 пъти

    Отговор: 3 пъти

    R е пропорционален на A^1/3: (216/8)^1/3 = 27^1/3 = 3. Обемът е пропорционален на A, затова плътността на ядрата е почти еднаква.

Енергия на връзката

1. Какво е енергия на връзката на ядрото?

   • Енергията на електроните в атома
   • Кинетичната енергия на ядрото
   • Енергията, нужна за разделянето му на отделни нуклони
   • Енергията, излъчена при химична реакция

   Отговор: Енергията за разделяне на нуклони

   Същата енергия се отделя при образуването на ядрото от нуклоните.

2. Коя формула на Айнщайн свързва масата и енергията?

   • E = mv²/2
   • E = mgh
   • E = qU
   • E = mc²

   Отговор: E = mc²

   Всяка маса m отговаря на енергия mc².

3. Каква е масата на ядрото в сравнение със сумата от масите на свободните му нуклони?

   • По-голяма
   • Равна
   • По-малка
   • Два пъти по-голяма

   Отговор: По-малка

   При образуване на ядрото се отделя енергия, затова масата му е по-малка от сумата от масите на нуклоните (масов дефект).

4. На колко MeV съответства масата 1 u (атомна единица за маса)?

   • ≈ 0,511 MeV
   • ≈ 1 MeV
   • ≈ 13,6 MeV
   • ≈ 931,5 MeV

   Отговор: ≈ 931,5 MeV

   E = mc² за 1 u = 1,66·10⁻²⁷ kg дава около 931,5 MeV.

5. Какво е специфична енергия на връзката?

   • енергията на един електрон
   • енергията на връзката, разделена на броя на нуклоните
   • енергията на химичната връзка
   • енергията на целия атом

   Отговор: енергията на връзката, разделена на броя на нуклоните

   Тя показва средно колко енергия е нужна за откъсване на един нуклон.

6. В какви единици обикновено се дава енергията на връзката на ядрата?

   • kWh
   • MeV
   • cal
   • W

   Отговор: MeV

   Ядрените енергии са много малки в джаули, затова се дават в мегаелектронволтове: 1 MeV = 1,6·10⁻¹³ J.

7. Масовият дефект на ядрото на хелий-4 е около 0,0304 u. Колко е енергията на връзката му?

   • ≈ 2,83 MeV
   • ≈ 283 MeV
   • ≈ 28,3 MeV
   • ≈ 7,1 MeV

   Отговор: ≈ 28,3 MeV

   E = Δm·931,5 MeV/u ≈ 0,0304·931,5 ≈ 28,3 MeV.

8. Каква енергия отговаря на масов дефект 0,002 u? (1 u ≈ 931,5 MeV)

   • 0,002 MeV
   • 931,5 MeV
   • ≈ 1,86 MeV
   • ≈ 18,6 MeV

   Отговор: ≈ 1,86 MeV

   E = 0,002 · 931,5 ≈ 1,86 MeV.

9. Защо тежките ядра (например урановите) имат по-малка енергия на връзка на нуклон от ядрата около желязото?

   • Нямат достатъчно неутрони
   • Ядрените сили при тях не действат
   • Масата им е по-малка
   • Кулоновото отблъскване между многото протони става значително

   Отговор: Кулоновото отблъскване между многото протони става значително

   Ядрените сили действат само между съседни нуклони, а кулоновото отблъскване действа между всички протони, затова при тежките ядра връзката на нуклон отслабва.

10. Кои ядра имат най-голяма специфична енергия на връзка (най-стабилни)?

    • Най-леките ядра
    • Ядрата около желязото
    • Най-тежките ядра
    • Всички имат еднаква

    Отговор: Около желязото (A ≈ 56-62)

    Специфичната енергия на връзка е максимална около 8,8 MeV на нуклон.

11. Ядро с 20 нуклона има енергия на връзката 160 MeV. Колко е специфичната му енергия на връзката?

    • 8 MeV на нуклон
    • 3200 MeV на нуклон
    • 140 MeV на нуклон
    • 0,125 MeV на нуклон

    Отговор: 8 MeV на нуклон

    160 MeV / 20 = 8 MeV на нуклон.

12. Деутронът има енергия на връзката 2,2 MeV. Каква най-малка енергия трябва да има гама-фотон, за да го раздели на протон и неутрон?

    • 2,2 MeV
    • 1,1 MeV
    • 4,4 MeV
    • 0,511 MeV

    Отговор: 2,2 MeV

    За да се раздели ядрото, трябва да се внесе енергия, поне равна на енергията на връзката му: 2,2 MeV.

13. Защо се отделя енергия и при делене на тежки ядра, и при сливане на леки ядра?

    • Продуктите имат по-голяма маса
    • Продуктите имат по-голяма специфична енергия на връзка
    • Изчезват протони
    • Отделят се електрони

    Отговор: Продуктите са по-силно свързани

    Масата на продуктите е по-малка и разликата се освобождава като енергия.

14. Колко енергия съответства на маса 1 g? (c = 3·10⁸ m/s)

    • 3·10⁵ J
    • 9·10¹⁶ J
    • 9·10¹³ J
    • 3·10⁸ J

    Отговор: 9·10¹³ J

    E = mc² = 10⁻³ · 9·10¹⁶ = 9·10¹³ J.

15. Енергията на връзката на ⁴He е 28,3 MeV, а на ⁶Li е 32,0 MeV. Кое ядро е по-стабилно?

    • ⁶Li, защото има по-голяма пълна енергия на връзката
    • Еднакво стабилни са
    • ⁴He, защото има по-голяма енергия на връзката на нуклон
    • Не може да се прецени

    Отговор: ⁴He, защото има по-голяма енергия на връзката на нуклон

    Стабилността се сравнява по специфичната енергия: за ⁴He 28,3 : 4 ≈ 7,1 MeV, а за ⁶Li 32,0 : 6 ≈ 5,3 MeV на нуклон.

Радиоактивност

1. Кой учен открива радиоактивността през 1896 г.?

   • Анри Бекерел
   • Мария Кюри
   • Ърнест Ръдърфорд
   • Вилхелм Рентген

   Отговор: Анри Бекерел

   Бекерел открива, че урановите соли излъчват невидими лъчи.

2. Какво представлява бета-минус частицата?

   • електрон
   • протон
   • ядро на хелий
   • фотон

   Отговор: електрон

   При β⁻ разпад неутрон в ядрото се превръща в протон и излита електрон.

3. Коя учена открива полония и радия?

   • Лиз Майтнер
   • Мария Склодовска-Кюри
   • Ирен Жолио-Кюри
   • Ада Лавлейс

   Отговор: Мария Склодовска-Кюри

   Мария Склодовска-Кюри, заедно с Пиер Кюри, открива полония и радия през 1898 г.; тя е носителка на две Нобелови награди.

4. Какво представлява алфа-частицата?

   • Ядро на хелий-4
   • Електрон
   • Фотон
   • Неутрон

   Отговор: Ядро на хелий-4

   Съдържа 2 протона и 2 неутрона.

5. Как се изменят масовото и зарядовото число при алфа-разпад?

   • A намалява с 2, Z намалява с 4
   • A не се изменя, Z се увеличава с 1
   • A намалява с 4, Z не се изменя
   • A намалява с 4, Z намалява с 2

   Отговор: A намалява с 4, Z намалява с 2

   Ядрото губи алфа-частица, тоест 2 протона и 2 неутрона.

6. Как се изменят A и Z при бета-минус разпад?

   • A намалява с 4, Z намалява с 2
   • A нараства с 1, Z не се изменя
   • A не се изменя, Z нараства с 1
   • A и Z не се изменят

   Отговор: A не се изменя, Z нараства с 1

   Неутрон в ядрото се превръща в протон, електрон и антинеутрино: броят на нуклоните остава същият, а протоните стават с един повече.

7. Какво ядро се получава при бета-минус разпад на въглерод-14 (Z = 6)?

   • Бор-14
   • Азот-14
   • Въглерод-13
   • Кислород-14

   Отговор: Азот-14 (Z = 7)

   При β⁻ разпад неутрон става протон: Z се увеличава с 1, A не се изменя.

8. Какво спира бета-лъчите?

   • лист хартия
   • алуминиева пластинка с дебелина няколко милиметра
   • нищо не може да ги спре
   • слой въздух от 1 mm

   Отговор: алуминиева пластинка с дебелина няколко милиметра

   Бета-лъчите проникват през хартия, но се спират от няколко милиметра алуминий.

9. Как се изменят A и Z на ядрото при излъчване на гама-квант?

   • Z намалява с 1
   • A намалява с 4
   • Z нараства с 1
   • A и Z не се изменят

   Отговор: A и Z не се изменят

   Гама-лъчите са фотони; ядрото само преминава от възбудено в по-ниско енергетично състояние.

10. Кое лъчение се спира от лист хартия?

    • Бета
    • Гама
    • Нито едно
    • Алфа

    Отговор: Алфа

    Алфа-частиците имат най-малка проникваща способност.

11. Радий-226 (Z = 88) претърпява алфа-разпад. Кое ядро се получава?

    • радон-224 (Z = 87)
    • радон-222 (Z = 86)
    • радий-222 (Z = 88)
    • полоний-218 (Z = 84)

    Отговор: радон-222 (Z = 86)

    A = 226 − 4 = 222, Z = 88 − 2 = 86, което е радон.

12. Кое радиоактивно лъчение има най-голяма проникваща способност?

    • Гама
    • Алфа
    • Бета
    • Всички еднакво

    Отговор: Гама

    Гама-лъчите нямат заряд и отслабват значително едва след дебели слоеве олово или бетон.

13. Торий-232 (Z = 90) претърпява един алфа-разпад и след това два бета-минус разпада. Кое ядро се получава?

    • Торий-228
    • Радий-228
    • Радон-224
    • Уран-232

    Отговор: Торий-228

    α: A − 4, Z − 2 (радий-228); двата β⁻: Z + 2, т.е. Z = 90.

14. Колко алфа- и бета-минус разпада превръщат ²³⁸₉₂U в ²⁰⁶₈₂Pb?

    • 6 алфа и 8 бета
    • 8 алфа и 10 бета
    • 10 алфа и 2 бета
    • 8 алфа и 6 бета

    Отговор: 8 алфа и 6 бета

    Алфа: (238 − 206)/4 = 8, което намалява Z с 16 до 76. За Z = 82 трябват 6 бета-минус разпада.

15. Кое ядро се получава при бета-плюс разпад на ²²₁₁Na?

    • ²²₁₂Mg
    • ²²₁₀Ne
    • ¹⁸₉F
    • ²¹₁₁Na

    Отговор: ²²₁₀Ne

    При бета-плюс разпад протон се превръща в неутрон, позитрон и неутрино: A остава 22, а Z намалява от 11 на 10, т.е. неон-22.

Полуразпадане

1. Какъв е законът за радиоактивното разпадане?

   • N = N₀·2^−t/T
   • N = N₀ − t/T
   • N = N₀·t/T
   • N = N₀·2^t/T

   Отговор: N = N₀·2^−t/T

   За всеки период на полуразпадане броят на неразпадналите се ядра намалява наполовина.

2. Коя е единицата за активност в SI?

   • бекерел (Bq)
   • грей (Gy)
   • сиверт (Sv)
   • джаул (J)

   Отговор: бекерел (Bq)

   Активността е броят на разпадите за секунда и се измерва в бекерели.

3. Какво е активност на радиоактивен препарат?

   • Масата на препарата
   • Енергията на една частица
   • Броят разпади за единица време
   • Времето за разпадане на половината ядра

   Отговор: Броят разпади за единица време

   Активността показва колко ядра се разпадат за 1 s; 1 Bq е 1 разпад в секунда.

4. Каква част от радиоактивните ядра остава неразпаднала след два периода на полуразпадане?

   • 1/4
   • 1/2
   • 0
   • 1/8

   Отговор: 1/4

   (1/2)² = 1/4.

5. Каква част от радиоактивните ядра се разпада за един период на полуразпадане?

   • една четвърт
   • всички
   • половината
   • три четвърти

   Отговор: половината

   По определение за един период се разпада половината от наличните ядра.

6. Зависи ли периодът на полуразпадане от температурата и налягането?

   • Да, намалява при нагряване
   • Не, той е характеристика на ядрото
   • Да, намалява с налягането
   • Зависи от количеството вещество

   Отговор: Не, той е характеристика на ядрото

   Радиоактивното разпадане е ядрен процес и практически не зависи от външните условия и от масата на образеца.

7. Йод-131 има период на полуразпадане около 8 дни. Колко процента от него остават след 24 дни?

   • 25%
   • 33%
   • 12,5%
   • 6,25%

   Отговор: 12,5%

   24 дни са 3 периода: (1/2)³ = 1/8 = 12,5%.

8. Колко периода на полуразпадане трябва да минат, за да остане 1/32 от ядрата?

   • 32
   • 16
   • 6
   • 5

   Отговор: 5

   2⁵ = 32, значи са нужни 5 периода.

9. Два препарата имат еднакъв брой ядра, но периоди на полуразпадане 1 ден и 1 година. Кой има по-голяма активност?

   • С период 1 година
   • Еднаква е
   • Не може да се определи
   • С период 1 ден

   Отговор: С период 1 ден

   Активността е A = λN, а λ = ln 2 / T; по-краткият период означава по-бързо разпадане и по-голяма активност.

10. В образец от дърво е останала 1/4 от първоначалния въглерод-14 (T ≈ 5730 години). На колко години е образецът?

    • ≈ 2865 години
    • ≈ 22 920 години
    • ≈ 17 190 години
    • ≈ 11 460 години

    Отговор: ≈ 11 460 години

    1/4 = (1/2)², т.е. 2 периода: 2·5730 = 11 460 години.

11. Изотоп има период на полуразпадане 2 часа. Каква част от него остава след едно денонощие?

    • 1/12
    • 1/4096
    • 1/24
    • 1/2048

    Отговор: 1/4096

    24 h / 2 h = 12 периода, а 2¹² = 4096.

12. Как изглежда графиката на броя на неразпадналите се ядра в зависимост от времето?

    • Експоненциално намаляваща крива
    • Намаляваща права
    • Нарастваща права
    • Парабола с връх нагоре

    Отговор: Експоненциално намаляваща крива

    N = N₀·2^−t/T е експоненциална функция: за всеки период броят намалява наполовина, но не става точно нула.

13. Активността на препарат пада от 800 Bq на 100 Bq за 30 минути. Колко е периодът на полуразпадане?

    • 15 min
    • 7,5 min
    • 10 min
    • 3,75 min

    Отговор: 10 min

    800 → 400 → 200 → 100: три периода за 30 min.

14. Защо законът за радиоактивното разпадане е статистически?

    • ядрата се разпадат по ред
    • всички ядра се разпадат едновременно
    • не може да се предскаже кога ще се разпадне отделно ядро
    • разпадането зависи от температурата

    Отговор: не може да се предскаже кога ще се разпадне отделно ядро

    Законът описва поведението на голям брой ядра, а за отделното ядро е известна само вероятността.

15. Изотопите А (T = 2 h) и Б (T = 4 h) имат в началото еднакъв брой ядра. Колко пъти ядрата на Б са повече от ядрата на А след 8 h?

    • 2 пъти
    • 4 пъти
    • 8 пъти
    • 16 пъти

    Отговор: 4 пъти

    След 8 h от А остава 1/16 (4 периода), а от Б 1/4 (2 периода); 1/4 : 1/16 = 4.

Биологично действие

1. Коя е единицата за погълната доза йонизиращо лъчение?

   • Грей (Gy)
   • Сиверт (Sv)
   • Бекерел (Bq)
   • Волт (V)

   Отговор: Грей

   1 Gy = 1 J/kg.

2. Кой уред регистрира радиоактивно лъчение?

   • броячът на Гайгер-Мюлер
   • амперметърът
   • барометърът
   • манометърът

   Отговор: броячът на Гайгер-Мюлер

   Броячът на Гайгер-Мюлер регистрира частиците по йонизацията, която те предизвикват.

3. Как изглежда международният знак за радиационна опасност?

   • Череп с кости
   • Червен кръст
   • Черен трилистник на жълт фон
   • Зелена стрелка

   Отговор: Черен трилистник на жълт фон

   Международният знак за йонизиращо лъчение е черен трилистник на жълт фон.

4. Какво показва погълнатата доза?

   • Броя на разпадите за секунда
   • Масата на радиоактивното вещество
   • Погълнатата енергия на единица маса
   • Времето на облъчване

   Отговор: Енергия на единица маса

   D = E/m, измерва се в J/kg = Gy.

5. Коя е единицата за еквивалентна доза?

   • грей (Gy)
   • бекерел (Bq)
   • сиверт (Sv)
   • джаул (J)

   Отговор: сиверт (Sv)

   Еквивалентната доза отчита и вида на лъчението и се измерва в сиверти.

6. Кои са трите основни начина за защита от външно облъчване?

   • Време, разстояние, екраниране
   • Храна, сън, движение
   • Топлина, светлина, вода
   • Вентилация, влага, шум

   Отговор: Време, разстояние, екраниране

   Облъчването намалява, ако престоят е по-кратък, разстоянието до източника е по-голямо и има защитен екран (олово, бетон, вода).

7. Кой вид лъчение е най-опасен, ако радиоактивното вещество попадне вътре в организма?

   • Гама
   • Алфа
   • Бета
   • Всички са еднакво опасни

   Отговор: Алфа

   Алфа-частиците отдават цялата си енергия на много малко разстояние и силно увреждат клетките.

8. Защо радиоактивното лъчение се нарича йонизиращо?

   • избива електрони от атомите и образува йони
   • нагрява веществото
   • свети в тъмното
   • привлича се от магнит

   Отговор: избива електрони от атомите и образува йони

   Енергията на частиците е достатъчна, за да откъсва електрони от атомите и молекулите.

9. Какво отчита еквивалентната доза в сравнение с погълнатата доза?

   • Масата на човека
   • Температурата на тялото
   • Разстоянието до източника
   • Вида на лъчението и биологичното му въздействие

   Отговор: Вида на лъчението и биологичното му въздействие

   Еквивалентната доза е погълнатата доза, умножена по тегловен коефициент на лъчението (за гама 1, за алфа 20); измерва се в сиверти.

10. Кой е най-големият източник на естествено облъчване на хората?

    • Мобилните телефони
    • Микровълновите фурни
    • Електропроводите
    • Радонът във въздуха на помещенията

    Отговор: Радонът

    Радонът е радиоактивен газ, отделящ се от почвата и строителните материали.

11. Тяло с маса 50 kg е погълнало доза 2 Gy. Колко енергия е погълнало?

    • 25 J
    • 52 J
    • 0,04 J
    • 100 J

    Отговор: 100 J

    D = E/m, значи E = D·m = 2 · 50 = 100 J.

12. Каква е приблизително средната годишна доза за човек от естествения радиационен фон?

    • ≈ 2-3 Sv
    • ≈ 2-3 mSv
    • ≈ 200 Sv
    • ≈ 0,002 mSv

    Отговор: ≈ 2-3 mSv

    Средната годишна ефективна доза от естествени източници (радон, космически лъчи, почва, храна) е около 2,4 mSv.

13. Човек се отдалечава от точков източник на гама-лъчи от 1 m на 3 m. Как се изменя дозата, която получава за едно и също време?

    • Намалява 3 пъти
    • Не се изменя
    • Намалява 6 пъти
    • Намалява 9 пъти

    Отговор: Намалява 9 пъти

    Интензитетът от точков източник намалява с квадрата на разстоянието.

14. Защо при еднаква погълната енергия алфа-лъчите вредят повече на тъканите от гама-лъчите?

    • проникват по-дълбоко
    • йонизират много силно на малко разстояние
    • движат се по-бързо
    • нямат маса

    Отговор: йонизират много силно на малко разстояние

    Алфа-частиците предават енергията си на много малък участък и увреждат клетките по-силно.

15. Тъкан е погълнала доза 4 mGy от алфа-лъчи (тегловен коефициент 20). Каква е еквивалентната доза?

    • 4 mSv
    • 20 mSv
    • 80 mSv
    • 0,2 mSv

    Отговор: 80 mSv

    H = w·D = 20 · 4 mGy = 80 mSv.

Финален въпрос