Номер 4, страница 188 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

14.9. Нуклонная модель ядра. Ядерные силы. 14. Квантовая физика - номер 4, страница 188.

Решение.

Решение 2.

Стабильность атомного ядра определяется балансом двух основных сил, действующих между составляющими его частицами — нуклонами (протонами и нейтронами).

1. Сильное ядерное взаимодействие. Это чрезвычайно мощная сила притяжения, действующая на очень коротких расстояниях (порядка размеров самого нуклона). Она связывает все нуклоны в ядре вместе, независимо от их заряда (протон-протон, нейтрон-нейтрон и протон-нейтрон). Эта сила отвечает за целостность ядра.

2. Электростатическое (кулоновское) отталкивание. Эта сила действует между одноименно заряженными частицами, то есть между протонами. В отличие от сильного взаимодействия, кулоновская сила является дальнодействующей. Это означает, что каждый протон в ядре отталкивается от каждого другого протона, а не только от своих ближайших соседей.

В лёгких ядрах, где протонов немного, короткодействующее сильное взаимодействие легко преодолевает электростатическое отталкивание, и ядра являются стабильными.

Однако по мере роста атомного номера (Z) и, следовательно, количества протонов, ядро увеличивается в размерах. При этом происходит следующее:

• Суммарная сила кулоновского отталкивания между всеми протонами резко возрастает, так как она является дальнодействующей.
• Сильное взаимодействие, будучи короткодействующим, по-прежнему связывает каждый нуклон только с его ближайшими соседями. Оно достигает "насыщения" и не может расти бесконечно с увеличением числа нуклонов.

В результате в ядрах тяжёлых элементов (таких как уран, плутоний и т.д.) наступает момент, когда огромная суммарная сила отталкивания протонов становится сопоставимой с силами ядерного притяжения. Этот дисбаланс делает ядро энергетически нестабильным. Чтобы достичь более стабильного состояния с меньшей энергией, такое ядро самопроизвольно распадается одним из нескольких способов (например, через альфа-распад или спонтанное деление), испуская частицы и энергию.

Ответ: Ядра тяжёлых элементов нестабильны потому, что дальнодействующие силы электростатического отталкивания между большим количеством протонов становятся настолько велики, что короткодействующие ядерные силы притяжения уже не могут эффективно удерживать ядро в целостности.