Номер 11.134, страница 225 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Квантовая физика. Глава 11. Атомная и ядерная физика. Энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций - номер 11.134, страница 225.

Условие.

11.134. Широко используемый в ядерной энергетике изотоп плутония ${}^{239}_{94}\text{Pu}$ может быть получен при захвате нейтрона изотопом урана ${}^{238}_{92}\text{U}$ и нескольких последующих $\beta$-распадов. Сколько электронов образуется в результате получения одного ядра плутония? Запишите уравнения реакций.

Решение.

Дано:
Исходный изотоп: уран-238 ($ ^{238}_{92}\text{U} $)
Конечный изотоп: плутоний-239 ($ ^{239}_{94}\text{Pu} $)
Процессы: захват нейтрона, β⁻-распады.

Найти:
1. Количество электронов, образующихся в результате получения одного ядра плутония.
2. Уравнения реакций.

Решение:
Процесс получения плутония-239 из урана-238 происходит в несколько этапов.

1. Сначала ядро урана-238 ($ ^{238}_{92}\text{U} $) захватывает один нейтрон ($ ^{1}_{0}\text{n} $). В результате этой реакции массовое число ядра увеличивается на 1 (с 238 до 239), а зарядовое число остается неизменным (92). Образуется нестабильный изотоп урана-239 ($ ^{239}_{92}\text{U} $). Уравнение этой ядерной реакции:
$ ^{238}_{92}\text{U} + ^{1}_{0}\text{n} \rightarrow ^{239}_{92}\text{U} $

2. Полученный изотоп уран-239 является бета-радиоактивным. Он претерпевает β⁻-распад, в ходе которого один из нейтронов в ядре превращается в протон. При этом испускается электрон ($ ^{0}_{-1}\text{e} $) и электронное антинейтрино ($ \bar{\nu}_e $). Массовое число ядра не меняется, а зарядовое число увеличивается на единицу ($92 + 1 = 93$). Элемент с атомным номером 93 — это нептуний (Np). Уравнение первого β⁻-распада:
$ ^{239}_{92}\text{U} \rightarrow ^{239}_{93}\text{Np} + ^{0}_{-1}\text{e} + \bar{\nu}_e $
В результате этой реакции образуется один электрон.

3. Изотоп нептуний-239 ($ ^{239}_{93}\text{Np} $) также нестабилен и претерпевает β⁻-распад. Зарядовое число снова увеличивается на единицу ($93 + 1 = 94$), в результате чего образуется плутоний (Pu). Уравнение второго β⁻-распада:
$ ^{239}_{93}\text{Np} \rightarrow ^{239}_{94}\text{Pu} + ^{0}_{-1}\text{e} + \bar{\nu}_e $
В результате этой реакции образуется второй электрон.

Таким образом, вся цепочка превращений включает один захват нейтрона и два последовательных β⁻-распада. Каждый β⁻-распад сопровождается испусканием одного электрона. Следовательно, общее число образовавшихся электронов равно двум.

Ответ: В результате получения одного ядра плутония образуется 2 электрона.
Уравнения реакций:
$ ^{238}_{92}\text{U} + ^{1}_{0}\text{n} \rightarrow ^{239}_{92}\text{U} $
$ ^{239}_{92}\text{U} \rightarrow ^{239}_{93}\text{Np} + ^{0}_{-1}\text{e} + \bar{\nu}_e $
$ ^{239}_{93}\text{Np} \rightarrow ^{239}_{94}\text{Pu} + ^{0}_{-1}\text{e} + \bar{\nu}_e $