Номер 74.9, страница 251 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 74. Ядерные реакции. Глава 10. Квантовые явления - номер 74.9, страница 251.

74.9 [н] Где в природе происходят термоядерные реакции? В чём отличие термоядерной реакции от реакции деления ядра?

Где в природе происходят термоядерные реакции?

Термоядерные реакции в природе происходят в недрах звёзд, включая наше Солнце. Звезды представляют собой гигантские природные термоядерные реакторы. Условия для протекания таких реакций — чрезвычайно высокая температура (десятки миллионов кельвинов) и огромное давление, которые существуют в звёздных ядрах.

При таких условиях кинетическая энергия атомных ядер становится достаточной для преодоления сил электростатического отталкивания (кулоновского барьера), что позволяет им сближаться на расстояния, где начинают действовать сильные ядерные взаимодействия, и сливаться в более тяжёлые ядра. Этот процесс называется ядерным синтезом.

Основным источником энергии для большинства звёзд, подобных Солнцу, является протон-протонный цикл, в ходе которого ядра водорода (протоны) последовательно сливаются, образуя в итоге ядро гелия. Суммарная реакция выглядит так: $4\,^1_1\text{H} \rightarrow \,^4_2\text{He} + 2e^+ + 2\nu_e + E$ где $^1_1\text{H}$ — протон, $^4_2\text{He}$ — ядро гелия (альфа-частица), $e^+$ — позитрон, $\nu_e$ — электронное нейтрино, а $E$ — выделяющаяся энергия. Эта энергия, выделяющаяся в виде излучения, и обеспечивает свечение звёзд.

Ответ: В природе термоядерные реакции происходят в ядрах звёзд.

В чём отличие термоядерной реакции от реакции деления ядра?

Термоядерная реакция (синтез) и реакция деления ядра — это два различных типа ядерных реакций, в ходе которых выделяется энергия, но они принципиально отличаются по своей сути.

Основные отличия:

• Процесс: Термоядерный синтез — это процесс слияния лёгких атомных ядер в одно более тяжёлое. Реакция деления — это процесс расщепления одного тяжёлого атомного ядра на два или более лёгких осколка.
• Исходные вещества (реагенты): В реакциях синтеза участвуют лёгкие элементы, такие как изотопы водорода (дейтерий $^2_1\text{H}$, тритий $^3_1\text{T}$) или гелий. В реакциях деления участвуют тяжёлые, нестабильные элементы, например, уран-235 ($^{235}_{92}\text{U}$) или плутоний-239 ($^{239}_{94}\text{Pu}$).
• Продукты реакции: Продуктом синтеза является более тяжёлое ядро (например, гелий) и элементарные частицы (например, нейтроны). Продуктами деления являются два (иногда больше) ядра-осколка, которые являются элементами из середины таблицы Менделеева, и несколько нейтронов.
• Условия для протекания: Для запуска термоядерной реакции требуются экстремальные условия — температура в миллионы градусов и высокое давление, чтобы преодолеть кулоновский барьер. Реакция деления может быть инициирована при обычных температурах путём захвата ядром медленного нейтрона.
• Энерговыделение на нуклон: Хотя обе реакции выделяют энергию, реакция синтеза высвобождает значительно больше энергии на один нуклон (протон или нейтрон), чем реакция деления.
• Радиоактивные отходы: Продукты деления, как правило, являются высокорадиоактивными и имеют длительный период полураспада, создавая проблему долгоживущих радиоактивных отходов. Продукт синтеза (например, гелий) стабилен и нерадиоактивен. Радиоактивность в установках синтеза может возникать из-за нейтронной активации материалов самого реактора.

Ответ: Основное отличие заключается в том, что термоядерная реакция — это слияние лёгких ядер в более тяжёлое, а реакция деления — распад тяжёлого ядра на более лёгкие. Реакции отличаются исходными веществами, продуктами и условиями, необходимыми для их протекания.