Номер 2, страница 317 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Какие из известных вам законов сохранения выполняются при радиоактивном распаде?

При радиоактивном распаде, который является процессом, происходящим в микромире, выполняется несколько фундаментальных законов сохранения. Рассмотрим основные из них.

• Закон сохранения энергии

  Полная энергия замкнутой системы сохраняется. В процессе радиоактивного распада часть энергии покоя исходного ядра ($E_{покоя} = m_i c^2$) переходит в кинетическую энергию продуктов распада и энергию излучения. Распад возможен только если масса исходного ядра $m_i$ больше суммарной массы продуктов распада $\sum m_f$. Выделившаяся энергия, равная дефекту масс $\Delta E = (m_i - \sum m_f)c^2$, и есть кинетическая энергия разлетающихся частиц. Таким образом, сохраняется полная энергия, включающая в себя и энергию покоя, и кинетическую энергию.

• Закон сохранения импульса

  Полный импульс замкнутой системы сохраняется. Если исходное ядро до распада покоилось, его импульс был равен нулю. Согласно закону сохранения импульса, векторная сумма импульсов всех продуктов распада также должна быть равна нулю. Это означает, что частицы-продукты разлетаются в разные стороны так, что их импульсы взаимно компенсируются.

• Закон сохранения момента импульса

  Полный момент импульса системы сохраняется. Момент импульса ядра (спин) до распада равен векторной сумме моментов импульса (спинов) и орбитальных моментов продуктов распада. Этот закон накладывает ограничения на возможные состояния дочерних ядер и частиц.

• Закон сохранения электрического заряда

  Алгебраическая сумма электрических зарядов частиц до распада равна алгебраической сумме зарядов частиц после распада. Поскольку заряд ядра определяется числом протонов (зарядовым числом $Z$), этот закон означает, что сумма зарядовых чисел продуктов распада равна зарядовому числу исходного ядра. Например, при альфа-распаде урана-238: $ _{92}^{238}U \rightarrow _{90}^{234}Th + _2^4He $. Сумма зарядовых чисел справа ($90+2=92$) равна зарядовому числу слева ($92$).

• Закон сохранения массового числа (барионного заряда)

  Суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов), или массовое число $A$, в ядре сохраняется при радиоактивных превращениях. Это частный случай более общего закона сохранения барионного заряда (нуклоны имеют барионный заряд +1, а большинство других частиц — 0). В реакции альфа-распада урана-238: $ _{92}^{238}U \rightarrow _{90}^{234}Th + _2^4He $, сумма массовых чисел справа ($234+4=238$) равна массовому числу слева ($238$).

• Закон сохранения лептонного заряда

  Этот закон важен для описания процессов с участием лептонов (электронов, позитронов, нейтрино). Он гласит, что разность между числом лептонов и антилептонов в замкнутой системе остается постоянной. Например, при β⁻-распаде нейтрона ($n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e$) до реакции лептонный заряд равен 0. После реакции у электрона ($e^-$) лептонный заряд +1, а у электронного антинейтрино ($\bar{\nu}_e$) — -1, что в сумме также дает 0.

Ответ: При радиоактивном распаде выполняются следующие фундаментальные законы сохранения: закон сохранения энергии, закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, закон сохранения электрического заряда, закон сохранения массового числа (барионного заряда) и закон сохранения лептонного заряда.