Номер 2, страница 128, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Как можно объяснить деление урана на основе "капельной модели ядра"?

2. Капельная модель ядра, предложенная Нильсом Бором и Яковом Френкелем, представляет ядро в виде капли несжимаемой заряженной жидкости. Нуклоны (протоны и нейтроны) в этой модели уподобляются молекулам в капле жидкости. На основе этой аналогии можно объяснить механизм деления тяжелых ядер, таких как уран.

В ядре действуют два основных типа сил:

• Ядерные силы притяжения между всеми нуклонами. Они короткодействующие и подобны силам поверхностного натяжения в капле, которые стремятся придать ей сферическую форму, так как сфера имеет минимальную площадь поверхности при заданном объеме.

• Электростатические (кулоновские) силы отталкивания между положительно заряженными протонами. Эти силы дальнодействующие и стремятся разорвать ядро.

В стабильных ядрах ядерные силы преобладают над кулоновскими. Однако в тяжелых ядрах, таких как уран, содержащих большое количество протонов (92 для урана), кулоновское отталкивание становится очень значительным и почти уравновешивает ядерные силы. Такое ядро находится в состоянии, близком к неустойчивому, и напоминает большую каплю жидкости, готовую распасться от небольшого внешнего воздействия.

Процесс деления урана в рамках капельной модели можно описать следующим образом:

• Захват нейтрона: Ядро урана-235 ($_{92}^{235}U$) поглощает медленный нейтрон, превращаясь в возбужденное составное ядро урана-236 ($_{92}^{236}U^*$). Дополнительная энергия, внесенная нейтроном, приводит ядро в колебательное движение.

• Деформация ядра: "Капля" начинает колебаться, меняя свою форму. Из сферической она вытягивается, приобретая форму эллипсоида, а затем — гантели.

• Критическая деформация и деление: Если энергия возбуждения достаточна, деформация ядра достигает критического значения. В форме гантели расстояние между ее двумя частями увеличивается настолько, что силы кулоновского отталкивания между ними начинают преобладать над ядерными силами, действующими в "перешейке". "Перешеек" разрывается, и ядро распадается на два более легких осколка.

• Разлет осколков: Образовавшиеся осколки, будучи положительно заряженными, с огромной силой отталкиваются друг от друга и разлетаются в противоположные стороны с большой скоростью. Их кинетическая энергия и составляет основную часть энергии, выделяющейся при делении. Кроме того, осколки деления обычно пересыщены нейтронами и испускают несколько вторичных нейтронов для достижения большей стабильности.

Ответ: На основе капельной модели деление урана объясняется как процесс, аналогичный делению большой капли заряженной жидкости. Захват нейтрона вызывает колебания ядра-капли. Если деформация достигает критического значения, кулоновские силы отталкивания между частями вытянувшегося ядра разрывают его на два меньших осколка, что сопровождается выделением энергии.