Номер 1, страница 211 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 57. Искусственная радиоактивность. Глава 7. Физика атомного ядра - номер 1, страница 211.

ВОПРОСЫ

1. Почему для деления ядер используют нейтроны? Приведите примеры реакции деления ядра.

Почему для деления ядер используют нейтроны? Приведите примеры реакции деления ядра.

Нейтроны являются наиболее эффективными частицами для инициирования деления тяжелых атомных ядер по нескольким ключевым причинам, главная из которых — отсутствие у них электрического заряда.

Электрическая нейтральность. Атомные ядра заряжены положительно из-за протонов в их составе. Любая положительно заряженная частица (например, протон или альфа-частица), приближаясь к ядру, испытывает сильное электростатическое отталкивание, известное как кулоновский барьер. Чтобы преодолеть этот барьер, частице необходимо сообщить очень большую кинетическую энергию. Нейтрон же, будучи электрически нейтральным, не взаимодействует с ядром электростатически и может беспрепятственно приблизиться к нему и быть захваченным даже при очень низкой энергии (такие медленные нейтроны называют тепловыми). Это делает процесс инициирования деления значительно более простым и энергетически выгодным.

Способность запускать цепную реакцию. Когда нейтрон поглощается тяжелым ядром (например, ураном-235), образуется новое, возбужденное и крайне нестабильное ядро (уран-236). Это возбужденное состояние длится ничтожно малое время, после чего ядро делится на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Важнейшим итогом этого процесса является то, что помимо осколков и огромного количества энергии, высвобождаются несколько новых нейтронов (в среднем 2-3). Эти "вторичные" нейтроны могут, в свою очередь, вызвать деление соседних ядер, что приводит к возникновению самоподдерживающейся цепной реакции. Именно это свойство лежит в основе работы атомных электростанций и является ключевым в ядерном оружии.

Примеры реакций деления ядра урана-235. Деление может происходить по-разному, приводя к образованию различных пар осколков. Ниже приведены два из множества возможных каналов реакции:

1. Деление на барий и криптон с испусканием трех нейтронов:

$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow [^{236}_{92}U]^{*} \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $

2. Деление на ксенон и стронций с испусканием двух нейтронов:

$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow [^{236}_{92}U]^{*} \rightarrow ^{140}_{54}Xe + ^{94}_{38}Sr + 2 \cdot ^{1}_{0}n $

Ответ: Нейтроны используют для деления ядер, так как они электрически нейтральны и могут легко проникать в положительно заряженные ядра, не испытывая электростатического отталкивания (кулоновского барьера). Захват нейтрона ядром приводит к его возбуждению и последующему распаду с выделением энергии и новых нейтронов, которые, в свою очередь, способны вызывать деление других ядер, поддерживая цепную реакцию. Примеры реакций деления: $ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $; $ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{140}_{54}Xe + ^{94}_{38}Sr + 2 \cdot ^{1}_{0}n $.