Творческое задание, страница 244 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Из истории исследований ядерных реакций.

2. Достижения ученых Жолио-Кюри, П. Савич, О. Ганн, Ф. Штрассман, О. Фриш, Л. Мейтнер в исследовании ядерных реакций.

2. Достижения ученых Жолио-Кюри, П. Савич, О. Ганн, Ф. Штрассман, О. Фриш, Л. Мейтнер в исследовании ядерных реакций.

Исследование ядерных реакций в 1930-е годы представляло собой цепочку тесно связанных открытий, сделанных разными научными группами в Европе. Ключевые фигуры в этом процессе — супруги Жолио-Кюри, Павле Савич, Отто Ган, Фриц Штрассман, Лиза Мейтнер и Отто Фриш — внесли решающий вклад, который привел к открытию деления ядра.

Начало было положено французскими физиками Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. В 1934 году они открыли явление искусственной радиоактивности. Бомбардируя алюминиевую фольгу альфа-частицами (ядрами гелия), они получили новый, ранее не существовавший в природе радиоактивный изотоп фосфора. Реакция выглядела следующим образом: $ \ce{^{27}_{13}Al + ^{4}_{2}He -> ^{30}_{15}P + ^{1}_{0}n} $. Полученный изотоп фосфора-30 был нестабилен и распадался с испусканием позитрона, превращаясь в стабильный изотоп кремния: $ \ce{^{30}_{15}P -> ^{30}_{14}Si + e^{+}} $. Это открытие, за которое они получили Нобелевскую премию по химии в 1935 году, показало, что человек может создавать новые радиоактивные элементы, и открыло дорогу для изучения множества новых ядерных превращений.

В 1938 году Ирен Жолио-Кюри совместно с сербским физиком Павле Савичем изучала продукты, образующиеся при бомбардировке урана нейтронами. В ходе экспериментов они обнаружили радиоактивный изотоп с периодом полураспада 3,5 часа, который по своим химическим свойствам был очень похож на лантан ($ \ce{La} $). Это было крайне неожиданно, так как лантан (порядковый номер 57) — элемент из середины таблицы Менделеева, в то время как ожидалось образование трансурановых элементов, более тяжелых, чем уран (порядковый номер 92). Хотя они не смогли дать этому явлению окончательное объяснение, их публикация стала прямым толчком для немецких ученых к перепроверке собственных результатов.

В Берлине над той же проблемой работала группа, состоявшая из химика Отто Гана, физика Лизы Мейтнер и химика Фрица Штрассмана. После того как Мейтнер, имевшая еврейское происхождение, была вынуждена бежать из нацистской Германии в июле 1938 года, Ган и Штрассман продолжили исследования. Заинтригованные результатами парижской группы, они с высочайшей точностью повторили эксперимент. В декабре 1938 года, пытаясь выделить из облученного урана предполагаемые изотопы радия (химически схожего с барием), они пришли к ошеломляющему выводу: полученный радиоактивный продукт было невозможно химически отделить от бария, потому что это и был барий ($ \ce{Ba} $). Это означало, что ядро урана (массовое число ~238) под действием нейтрона не превращалось в более тяжелый элемент, а распадалось на части, одной из которых был барий (массовое число ~140). Это было прямое экспериментальное доказательство расщепления ядра, которое, однако, противоречило всем существовавшим на тот момент физическим теориям.

Теоретическое объяснение этому феномену дали Лиза Мейтнер и ее племянник, физик Отто Фриш. Получив письмо от Гана с описанием невероятных результатов, Мейтнер и Фриш во время рождественских каникул 1938 года в Швеции смогли разгадать загадку. Основываясь на капельной модели ядра, они предположили, что тяжелое ядро урана, подобно жидкой капле, при захвате нейтрона теряет стабильность, начинает колебаться и разрывается на два более легких осколка. Фриш предложил назвать этот процесс ядерным делением (англ. nuclear fission) по аналогии с делением клеток в биологии. Более того, они подсчитали, что при таком делении должна выделяться колоссальная энергия. Согласно формуле Эйнштейна $E=mc^2$, дефект масс (разница между массой исходного ядра урана и суммой масс осколков) превращался в энергию порядка 200 МэВ на одно ядро. Статья Мейтнер и Фриша с теоретическим обоснованием деления была опубликована в феврале 1939 года, дав физическое толкование химическому открытию Гана и Штрассмана и положив начало ядерной эре.

Ответ: Достижения указанных ученых представляют собой пример последовательной научной работы, где открытие искусственной радиоактивности (Жолио-Кюри) создало инструменты для дальнейших исследований; загадочные экспериментальные результаты (Жолио-Кюри и Савич) послужили катализатором; тщательный химический анализ (Ган и Штрассман) привел к неопровержимому открытию факта деления ядра; а глубокое теоретическое осмысление (Мейтнер и Фриш) объяснило физическую суть процесса и его энергетические последствия.