Номер 74.8, страница 251 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 74. Ядерные реакции. Глава 10. Квантовые явления - номер 74.8, страница 251.

74.8 [н] Какие частицы преобладают в нуклидах $_{55}^{140}\text{Cs}$ и $_{37}^{94}\text{Rb}$ — продуктах деления ядра урана $_{92}^{235}\text{U}$? Являются ли эти нуклиды стабильными? Какие частицы испускают эти нуклиды в процессе радиоактивного распада?

Дано:

Нуклиды-продукты деления: $_{55}^{140}\text{Cs}$ и $_{37}^{94}\text{Rb}$

Исходный нуклид: $_{92}^{235}\text{U}$

Найти:

1. Какие частицы преобладают в данных нуклидах?

2. Являются ли данные нуклиды стабильными?

3. Какие частицы испускают данные нуклиды при радиоактивном распаде?

Решение:

Какие частицы преобладают в нуклидах $_{55}^{140}\text{Cs}$ и $_{37}^{94}\text{Rb}$?

Для определения состава ядра нуклида $_{Z}^{A}X$ необходимо найти число протонов $Z$ (порядковый номер в таблице Менделеева) и число нейтронов $N$, которое вычисляется как разность между массовым числом $A$ и числом протонов $Z$: $N = A - Z$.

Для нуклида цезия $_{55}^{140}\text{Cs}$:

• Число протонов $Z = 55$.
• Число нейтронов $N = 140 - 55 = 85$.

Поскольку $85 > 55$, в ядре цезия-140 преобладают нейтроны.

Для нуклида рубидия $_{37}^{94}\text{Rb}$:

• Число протонов $Z = 37$.
• Число нейтронов $N = 94 - 37 = 57$.

Поскольку $57 > 37$, в ядре рубидия-94 также преобладают нейтроны.

Ответ: В обоих нуклидах, и в $_{55}^{140}\text{Cs}$, и в $_{37}^{94}\text{Rb}$, число нейтронов превышает число протонов, то есть преобладают нейтроны.

Являются ли эти нуклиды стабильными?

Стабильность ядра зависит от соотношения числа нейтронов $N$ к числу протонов $Z$. Тяжелое ядро урана $_{92}^{235}\text{U}$ имеет $N = 235 - 92 = 143$ нейтрона, и отношение $N/Z$ для него составляет $143/92 \approx 1.55$. Продукты деления, как правило, наследуют это высокое соотношение $N/Z$, что делает их нестабильными, поскольку для ядер в их диапазоне масс (средние массовые числа) стабильное отношение $N/Z$ значительно ниже.

• Для $_{55}^{140}\text{Cs}$ отношение $N/Z = 85/55 \approx 1.55$. Единственный стабильный изотоп цезия — это $_{55}^{133}\text{Cs}$, для которого $N = 133-55=78$, а отношение $N/Z \approx 1.42$. Таким образом, $_{55}^{140}\text{Cs}$ имеет значительный избыток нейтронов и является нестабильным (радиоактивным).
• Для $_{37}^{94}\text{Rb}$ отношение $N/Z = 57/37 \approx 1.54$. Наиболее распространенный стабильный изотоп рубидия — это $_{37}^{85}\text{Rb}$, у которого $N = 85-37=48$, а отношение $N/Z \approx 1.30$. Следовательно, $_{37}^{94}\text{Rb}$ также перегружен нейтронами и нестабилен.

Ответ: Нет, оба нуклида являются нестабильными (радиоактивными) из-за избытка нейтронов.

Какие частицы испускают эти нуклиды в процессе радиоактивного распада?

Нуклиды с избытком нейтронов стремятся к стабильности путем уменьшения отношения $N/Z$. Основным механизмом такого превращения является бета-минус распад ($\beta^-$-распад). В ходе этого процесса один из нейтронов в ядре превращается в протон, при этом из ядра испускается электрон ($e^-$ или $\beta^-$-частица) и электронное антинейтрино ($\bar{\nu}_e$).

Схема $\beta^-$-распада: $n^0 \rightarrow p^+ + e^- + \bar{\nu}_e$.

В результате зарядовое число ядра увеличивается на единицу ($Z \rightarrow Z+1$), а число нейтронов уменьшается на единицу ($N \rightarrow N-1$), при этом массовое число $A$ не меняется. Это приводит к образованию ядра нового элемента, которое находится ближе к области стабильности.

Ответ: В процессе радиоактивного распада данные нуклиды испускают электроны (бета-частицы).