Номер 1206, страница 158 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

1206. Изменяются ли массовое число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром $\gamma$-кванта?

Решение

Гамма-распад (испускание γ-кванта) — это процесс, при котором атомное ядро, находящееся в возбужденном (то есть обладающем избыточной энергией) состоянии, переходит в состояние с меньшей энергией. Избыток энергии излучается в виде гамма-кванта — фотона высокой энергии. Этот процесс можно описать следующим уравнением:

$$ {_Z^A}X^* \rightarrow {_Z^A}X + \gamma $$

Здесь ${_Z^A}X^*$ — ядро химического элемента X с массовым числом A и зарядом (порядковым номером) Z в возбужденном состоянии. ${_Z^A}X$ — то же ядро в более стабильном состоянии. $\gamma$ — испущенный гамма-квант.

Рассмотрим, как этот процесс влияет на каждую из указанных характеристик.

Массовое число

Массовое число A равно общему числу протонов и нейтронов в ядре. Гамма-квант является фотоном, он не содержит ни протонов, ни нейтронов. Следовательно, при его испускании состав ядра (число протонов и нейтронов) не меняется. Таким образом, массовое число ядра остается неизменным.

Ответ: массовое число не изменяется.

Порядковый номер элемента

Порядковый номер Z элемента определяется числом протонов в ядре. Гамма-квант не имеет электрического заряда, поэтому его испускание не изменяет число протонов в ядре. Так как порядковый номер не меняется, химический элемент остается тем же самым.

Ответ: порядковый номер элемента не изменяется.

Масса

В отличие от массового числа, реальная масса ядра изменяется. Согласно принципу эквивалентности массы и энергии Эйнштейна, выраженному формулой $E=mc^2$, энергия обладает массой. Возбужденное ядро ${_Z^A}X^*$ имеет большую энергию, а следовательно, и большую массу, чем ядро в основном состоянии ${_Z^A}X$. Разница в энергиях $\Delta E$ уносится гамма-квантом. Эта потеря энергии соответствует уменьшению массы ядра на величину $\Delta m = \frac{\Delta E}{c^2}$. Хотя это изменение массы очень мало, оно отлично от нуля.

Ответ: масса ядра уменьшается.