Номер 4, страница 124, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Объясните механизм ядерной реакции.

4. Механизм ядерной реакции в большинстве случаев удобно описывать с помощью двухстадийной модели составного ядра, предложенной Нильсом Бором в 1936 году.

Первая стадия — образование составного ядра.

Реакция инициируется, когда налетающая частица (например, нейтрон, протон, альфа-частица) сталкивается с ядром-мишенью. Если энергия частицы достаточна для преодоления кулоновского барьера (для заряженных частиц) и она приближается к ядру на расстояние действия ядерных сил (порядка $10^{-15}$ м), она захватывается ядром. В результате образуется промежуточное, или составное, ядро, находящееся в сильно возбужденном состоянии. Энергия возбуждения этого ядра складывается из кинетической энергии налетающей частицы и ее энергии связи в новом ядре. Эта энергия очень быстро (за время $\sim 10^{-22}$ с) перераспределяется между всеми нуклонами составного ядра. Схематически этот процесс можно записать так:

$X + a \rightarrow C^*$

где $\text{X}$ — ядро-мишень, $\text{a}$ — налетающая частица, а $C^*$ — возбужденное составное ядро.

Вторая стадия — распад составного ядра.

Составное ядро существует очень короткое, но конечное время (порядка $10^{-14} – 10^{-12}$ с), после чего распадается. Важнейшая идея модели Бора заключается в том, что составное ядро "забывает" о способе своего образования. Его распад зависит только от его собственных характеристик (энергии возбуждения, момента импульса, четности) и не зависит от того, какие частицы ($\text{X}$ и $\text{a}$) участвовали в его создании. Распад происходит, когда в результате случайных флуктуаций энергия концентрируется на одном или нескольких нуклонах, что позволяет им покинуть ядро, либо когда ядро целиком меняет свою форму.

Существует несколько конкурирующих каналов распада:

1. Испускание частиц: ядро может испустить нейтрон, протон, альфа-частицу или другую частицу. Это наиболее вероятный канал для многих реакций. Например: $C^* \rightarrow Y + b$, где $\text{Y}$ — новое ядро, $\text{b}$ — испущенная частица.

2. Радиационный захват: если энергия возбуждения недостаточна для испускания нуклона, ядро может перейти в основное состояние, испустив избыток энергии в виде одного или нескольких гамма-квантов ($\gamma$). Например: $C^* \rightarrow C + \gamma$.

3. Деление ядра: тяжелые составные ядра (например, ядра урана после захвата нейтрона) могут разделиться на два (реже три) более легких ядра-осколка. Этот процесс сопровождается выделением огромной энергии и испусканием нескольких нейтронов.

4. Упругое и неупругое рассеяние: составное ядро может вернуться в исходное состояние, испустив частицу, идентичную налетающей, с той же (упругое) или меньшей (неупругое) энергией.

Вероятность того, по какому каналу пойдет распад, определяется законами сохранения и квантовыми свойствами ядра.

Ответ: Механизм ядерной реакции представляет собой двухстадийный процесс. На первой стадии налетающая частица захватывается ядром-мишенью, образуя возбужденное составное ядро. На второй стадии это составное ядро, "забыв" о способе своего образования, распадается по одному из нескольких вероятных каналов (испускание частиц, гамма-квантов, деление и др.), переходя в более стабильное конечное состояние.