Номер 2, страница 196 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

2. Напишите уравнение ядерной реакции. Какие законы сохранения выполняются во время ядерной реакции?

2. Напишите уравнение ядерной реакции. Какие законы сохранения выполняются во время ядерной реакции?

Решение:

Ядерная реакция представляет собой процесс изменения состава и структуры атомных ядер при их взаимодействии друг с другом или с элементарными частицами. Уравнение ядерной реакции в общем виде записывается следующим образом:

$$_{Z_1}^{A_1}X + _{Z_2}^{A_2}a \rightarrow _{Z_3}^{A_3}Y + _{Z_4}^{A_4}b$$

Здесь $\text{X}$ — исходное ядро, $\text{a}$ — бомбардирующая частица (или другое ядро), $\text{Y}$ — ядро-продукт, $\text{b}$ — частица-продукт. $\text{A}$ — это массовое число (общее число протонов и нейтронов в ядре), а $\text{Z}$ — зарядовое число (количество протонов).

Например, первая в мире искусственная ядерная реакция, осуществленная Э. Резерфордом, описывается уравнением:

$$_{7}^{14}N + _{2}^{4}He \rightarrow _{8}^{17}o + _{1}^{1}H$$

В этой реакции ядро азота-14 ($_{7}^{14}N$) бомбардируется альфа-частицей (ядром гелия, $_{2}^{4}He$) и превращается в ядро кислорода-17 ($_{8}^{17}O$) с испусканием протона (ядра водорода, $_{1}^{1}H$).

В ходе любой ядерной реакции неукоснительно выполняются следующие законы сохранения:

1. Закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма зарядовых чисел ($\text{Z}$) частиц до реакции должна быть равна алгебраической сумме зарядовых чисел частиц после реакции. Для реакции Резерфорда: $7 + 2 = 9$ в левой части и $8 + 1 = 9$ в правой.

2. Закон сохранения массового числа (числа нуклонов). Сумма массовых чисел ($\text{A}$) частиц до реакции должна быть равна сумме массовых чисел частиц после реакции. Это означает, что общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в реакции не меняется. Для реакции Резерфорда: $14 + 4 = 18$ в левой части и $17 + 1 = 18$ в правой. Важно понимать, что сохраняется именно число нуклонов, а не масса покоя. Масса покоя в ядерных реакциях, как правило, не сохраняется.

3. Закон сохранения энергии. Полная энергия системы до реакции равна полной энергии системы после реакции. Эта энергия включает в себя как энергию покоя частиц ($E_0 = mc^2$), так и их кинетическую энергию. Изменение массы покоя системы в ходе реакции ($\Delta m = m_{до} - m_{после}$) приводит к выделению или поглощению энергии ($\Delta E = \Delta m c^2$), которая проявляется в виде изменения кинетической энергии продуктов реакции или излучения гамма-квантов.

4. Закон сохранения импульса. Векторная сумма импульсов частиц до реакции равна векторной сумме импульсов частиц после реакции. Этот закон определяет кинематику реакции, то есть скорости и направления движения продуктов.

5. Закон сохранения момента импульса. Суммарный момент импульса системы (включающий орбитальные моменты и собственные моменты импульса частиц — спины) сохраняется.

Существуют и другие законы сохранения (например, барионного и лептонного зарядов), но перечисленные являются основными для описания большинства ядерных реакций.

Ответ: Уравнение ядерной реакции в общем виде: $ _{Z_1}^{A_1}X + _{Z_2}^{A_2}a \rightarrow _{Z_3}^{A_3}Y + _{Z_4}^{A_4}b $. Во время ядерной реакции выполняются законы сохранения: электрического заряда, массового числа (числа нуклонов), полной энергии (с учетом эквивалентности массы и энергии), импульса и момента импульса.