Страница 252 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

74.12 [1684] Определите неизвестный продукт X каждой из ядерных реакций:

1) $ {}_{7}^{14}\text{N} + {}_{2}^{4}\text{He} \rightarrow \text{X} + {}_{1}^{1}\text{H} $

2) $ {}_{13}^{27}\text{Al} + {}_{0}^{1}\text{n} \rightarrow \text{X} + {}_{2}^{4}\text{He} $

3) $ {}_{4}^{9}\text{Be} + {}_{1}^{1}\text{H} \rightarrow \text{X} + {}_{2}^{4}\text{He} $

4) $ {}_{5}^{11}\text{B} + {}_{2}^{4}\text{He} \rightarrow \text{X} + {}_{0}^{1}\text{n} $

Дано:

Заданы четыре ядерные реакции:

1) ${}^{14}_{7}N + {}^{4}_{2}He \rightarrow X + {}^{1}_{1}H$

2) ${}^{27}_{13}Al + {}^{1}_{0}n \rightarrow X + {}^{4}_{2}He$

3) ${}^{9}_{4}Be + {}^{1}_{1}H \rightarrow X + {}^{4}_{2}He$

4) ${}^{11}_{5}B + {}^{4}_{2}He \rightarrow X + {}^{1}_{0}n$

Найти:

Неизвестный продукт X в каждой из реакций.

Решение:

Для определения неизвестного продукта X в каждой реакции необходимо применить законы сохранения массового числа (A) и зарядового числа (Z). В любой ядерной реакции сумма массовых чисел и сумма зарядовых чисел до реакции должны быть равны соответствующим суммам после реакции. Обозначим неизвестный продукт в общем виде как ${}^{A}_{Z}X$.

1) Рассматриваем реакцию: ${}^{14}_{7}N + {}^{4}_{2}He \rightarrow {}^{A}_{Z}X + {}^{1}_{1}H$.

Применим закон сохранения массового числа (сумма верхних индексов):

$14 + 4 = A + 1$

$18 = A + 1$

$A = 17$

Применим закон сохранения зарядового числа (сумма нижних индексов):

$7 + 2 = Z + 1$

$9 = Z + 1$

$Z = 8$

Элемент с зарядовым числом $Z=8$ в периодической таблице Менделеева — это кислород (O). Таким образом, неизвестный продукт — это изотоп кислорода ${}^{17}_{8}O$.

Ответ: ${}^{17}_{8}O$.

2) Рассматриваем реакцию: ${}^{27}_{13}Al + {}^{1}_{0}n \rightarrow {}^{A}_{Z}X + {}^{4}_{2}He$.

Закон сохранения массового числа:

$27 + 1 = A + 4$

$28 = A + 4$

$A = 24$

Закон сохранения зарядового числа:

$13 + 0 = Z + 2$

$13 = Z + 2$

$Z = 11$

Элемент с зарядовым числом $Z=11$ — это натрий (Na). Следовательно, неизвестный продукт — это изотоп натрия ${}^{24}_{11}Na$.

Ответ: ${}^{24}_{11}Na$.

3) Рассматриваем реакцию: ${}^{9}_{4}Be + {}^{1}_{1}H \rightarrow {}^{A}_{Z}X + {}^{4}_{2}He$.

Закон сохранения массового числа:

$9 + 1 = A + 4$

$10 = A + 4$

$A = 6$

Закон сохранения зарядового числа:

$4 + 1 = Z + 2$

$5 = Z + 2$

$Z = 3$

Элемент с зарядовым числом $Z=3$ — это литий (Li). Следовательно, неизвестный продукт — это изотоп лития ${}^{6}_{3}Li$.

Ответ: ${}^{6}_{3}Li$.

4) Рассматриваем реакцию: ${}^{11}_{5}B + {}^{4}_{2}He \rightarrow {}^{A}_{Z}X + {}^{1}_{0}n$.

Закон сохранения массового числа:

$11 + 4 = A + 1$

$15 = A + 1$

$A = 14$

Закон сохранения зарядового числа:

$5 + 2 = Z + 0$

$Z = 7$

Элемент с зарядовым числом $Z=7$ — это азот (N). Следовательно, неизвестный продукт — это изотоп азота ${}^{14}_{7}N$.

Ответ: ${}^{14}_{7}N$.

74.13* [1685*] Ядро урана $ ^{235}_{92}\text{U} $, захватив один нейтрон, разделилось на два осколка, при этом высвободилось два нейтрона. Один осколок оказался ядром ксенона $ ^{140}_{54}\text{Xe} $. Ядром какого элемента является другой осколок?

Дано:

Реакция деления ядра урана-235 ($^{235}_{92}\text{U}$) при захвате одного нейтрона ($^{1}_{0}\text{n}$).

Один из осколков деления - ядро ксенона-140 ($^{140}_{54}\text{Xe}$).

В результате реакции высвобождается два нейтрона ($2 \cdot {^{1}_{0}\text{n}}$).

Найти:

Определить второй осколок деления ($^{A}_{Z}\text{X}$).

Решение:

Для решения задачи воспользуемся законами сохранения массового и зарядового чисел в ядерных реакциях. Запишем уравнение реакции деления ядра урана. Ядро урана-235 ($^{235}_{92}\text{U}$) захватывает нейтрон ($^{1}_{0}\text{n}$) и делится на два осколка: ксенон-140 ($^{140}_{54}\text{Xe}$) и неизвестный элемент ($^{A}_{Z}\text{X}$), при этом высвобождаются два нейтрона ($2 \cdot {^{1}_{0}\text{n}}$).

Уравнение реакции имеет вид:

$^{235}_{92}\text{U} + {^{1}_{0}\text{n}} \rightarrow {^{140}_{54}\text{Xe}} + {^{A}_{Z}\text{X}} + 2 \cdot {^{1}_{0}\text{n}}$

Согласно закону сохранения массового числа, сумма массовых чисел (верхние индексы) частиц до реакции должна быть равна сумме массовых чисел частиц после реакции:

$235 + 1 = 140 + A + 2 \cdot 1$

$236 = 142 + A$

Отсюда находим массовое число A второго осколка:

$A = 236 - 142 = 94$

Согласно закону сохранения зарядового числа, сумма зарядовых чисел (нижние индексы) частиц до реакции должна быть равна сумме зарядовых чисел частиц после реакции:

$92 + 0 = 54 + Z + 2 \cdot 0$

$92 = 54 + Z$

Отсюда находим зарядовое число Z второго осколка:

$Z = 92 - 54 = 38$

Теперь, зная зарядовое число (порядковый номер) элемента $Z=38$, мы можем определить сам элемент с помощью периодической таблицы Д. И. Менделеева. Элемент с порядковым номером 38 — это стронций (Sr).

Таким образом, второй осколок — это ядро изотопа стронция с массовым числом 94.

Ответ: вторым осколком является ядро стронция ($^{94}_{38}\text{Sr}$).

74.14 [1686] Почему природный уран не является атомным горючим, а его хранение не связано с опасностью взрыва?

Природный уран не является атомным горючим и его хранение безопасно с точки зрения ядерного взрыва по нескольким ключевым причинам, связанным с его изотопным составом и физикой цепной ядерной реакции.

Во-первых, важен изотопный состав природного урана. Он состоит в основном из двух изотопов: урана-238 ($^{238}U$) и урана-235 ($^{235}U$). Подавляющая часть, около 99,27%, приходится на уран-238. Этот изотоп не способен к делению под действием медленных (тепловых) нейтронов, которые наиболее эффективны для поддержания цепной реакции. Вместо деления он в основном поглощает нейтроны, превращаясь в конечном итоге в плутоний-239 ($^{239}Pu$). Доля же урана-235, который как раз и является делящимся материалом, способным поддерживать цепную реакцию, составляет всего около 0,72%. Именно его ядро при поглощении теплового нейтрона распадается с выделением энергии и испусканием нескольких новых нейтронов.

Во-вторых, для того чтобы атомное горючее работало, необходима самоподдерживающаяся цепная реакция. Это означает, что хотя бы один из нейтронов, испущенных при делении одного ядра, должен вызвать деление следующего. В природном уране это условие не выполняется из-за двух факторов. Из-за крайне малой концентрации делящегося изотопа $^{235}U$ вероятность того, что нейтрон попадет в другое ядро $^{235}U$, ничтожно мала. Гораздо более вероятно, что нейтрон будет поглощен ядром преобладающего урана-238, что прервет цепную реакцию. Кроме того, нейтроны, рождающиеся при делении, являются быстрыми, а для эффективного деления ядер $^{235}U$ их нужно замедлить. В куске природного урана нет вещества-замедлителя (как вода или графит в реакторах), поэтому быстрые нейтроны либо поглощаются ураном-238, либо вылетают за пределы образца.

Чтобы природный уран стал атомным горючим, его необходимо "обогатить" — искусственно увеличить в нем долю изотопа $^{235}U$. Для большинства атомных электростанций уран обогащают до 3-5%. Для создания ядерного оружия требуется высокообогащенный уран с долей $^{235}U$ свыше 80-90%.

Соответственно, хранение природного урана не связано с опасностью взрыва. Ядерный взрыв — это неконтролируемая цепная реакция, которая, как показано выше, в природном уране невозможна. Понятие "критическая масса" (минимальное количество делящегося вещества для начала цепной реакции) для природного урана фактически бесконечно. Поэтому даже очень большие количества природного урана не могут взорваться. Его хранение связано с радиационной опасностью и химической токсичностью, но не с угрозой ядерного взрыва.

Ответ: Природный уран не является атомным горючим и не представляет опасности взрыва, потому что он состоит на 99,3% из изотопа уран-238, который не поддерживает цепную реакцию деления, а поглощает нейтроны. Доля делящегося изотопа уран-235 составляет всего 0,7%, что недостаточно для возникновения самоподдерживающейся цепной реакции, необходимой как для работы реактора, так и для ядерного взрыва. Для этого требуется процесс обогащения, то есть искусственного увеличения концентрации урана-235.

74.15 [1687] Допишите недостающие обозначения в схемах ядерных реакций:

1) $_\text{1}^\text{2}\text{H} + \gamma \to \text{X} + _\text{0}^\text{1}\text{n}$

2) $\text{X} + _\text{1}^\text{1}\text{H} \to _\text{2}^\text{3}\text{He} + \gamma$

3) $_\text{29}^\text{63}\text{Cu} + \gamma \to _\text{29}^\text{62}\text{Cu} + \text{X}$

4) $\text{X} + \gamma \to _\text{74}^\text{181}\text{W} + _\text{0}^\text{1}\text{n}$

Для решения задачи необходимо применить законы сохранения массового числа (A) и зарядового числа (Z) для ядерных реакций. Сумма массовых чисел и сумма зарядовых чисел реагентов (частиц до реакции) должны быть равны соответствующим суммам для продуктов реакции (частиц после реакции).

1)

Дано:
Ядерная реакция: ${}_{1}^{2}\textrm{H} + \gamma \rightarrow X + {}_{0}^{1}n$

Найти:
Неизвестную частицу X.

Решение:
Обозначим неизвестную частицу X как ${}_{Z}^{A}\textrm{X}$. Гамма-квант ($\gamma$) не имеет ни массы, ни заряда, поэтому его массовое число $A_\gamma=0$ и зарядовое число $Z_\gamma=0$.
Составим уравнения на основе законов сохранения.
Закон сохранения массового числа (сумма верхних индексов):
$2 + 0 = A + 1$
$A = 2 - 1 = 1$
Закон сохранения зарядового числа (сумма нижних индексов):
$1 + 0 = Z + 0$
$Z = 1$
Следовательно, неизвестная частица имеет массовое число $A=1$ и зарядовое число $Z=1$. Элемент с зарядовым числом $Z=1$ — это водород (H). Таким образом, частица X — это протон (ядро атома водорода) ${}_{1}^{1}\textrm{H}$.
Полное уравнение реакции: ${}_{1}^{2}\textrm{H} + \gamma \rightarrow {}_{1}^{1}\textrm{H} + {}_{0}^{1}n$.

Ответ: X — это протон ${}_{1}^{1}\textrm{H}$.

2)

Дано:
Ядерная реакция: $X + {}_{1}^{1}\textrm{H} \rightarrow {}_{2}^{3}\textrm{He} + \gamma$

Найти:
Неизвестную частицу X.

Решение:
Обозначим неизвестную частицу X как ${}_{Z}^{A}\textrm{X}$.
Составим уравнения на основе законов сохранения.
Закон сохранения массового числа:
$A + 1 = 3 + 0$
$A = 3 - 1 = 2$
Закон сохранения зарядового числа:
$Z + 1 = 2 + 0$
$Z = 2 - 1 = 1$
Следовательно, неизвестная частица имеет массовое число $A=2$ и зарядовое число $Z=1$. Это ядро дейтерия (тяжелого водорода) ${}_{1}^{2}\textrm{H}$.
Полное уравнение реакции: ${}_{1}^{2}\textrm{H} + {}_{1}^{1}\textrm{H} \rightarrow {}_{2}^{3}\textrm{He} + \gamma$.

Ответ: X — это ядро дейтерия ${}_{1}^{2}\textrm{H}$.

3)

Дано:
Ядерная реакция: ${}_{29}^{63}\textrm{Cu} + \gamma \rightarrow {}_{29}^{62}\textrm{Cu} + X$

Найти:
Неизвестную частицу X.

Решение:
Обозначим неизвестную частицу X как ${}_{Z}^{A}\textrm{X}$.
Составим уравнения на основе законов сохранения.
Закон сохранения массового числа:
$63 + 0 = 62 + A$
$A = 63 - 62 = 1$
Закон сохранения зарядового числа:
$29 + 0 = 29 + Z$
$Z = 29 - 29 = 0$
Следовательно, неизвестная частица имеет массовое число $A=1$ и зарядовое число $Z=0$. Это нейтрон ${}_{0}^{1}n$.
Полное уравнение реакции: ${}_{29}^{63}\textrm{Cu} + \gamma \rightarrow {}_{29}^{62}\textrm{Cu} + {}_{0}^{1}n$.

Ответ: X — это нейтрон ${}_{0}^{1}n$.

4)

Дано:
Ядерная реакция: $X + \gamma \rightarrow {}_{74}^{181}\textrm{W} + {}_{0}^{1}n$

Найти:
Неизвестную частицу X.

Решение:
Обозначим неизвестную частицу X как ${}_{Z}^{A}\textrm{X}$.
Составим уравнения на основе законов сохранения.
Закон сохранения массового числа:
$A + 0 = 181 + 1$
$A = 182$
Закон сохранения зарядового числа:
$Z + 0 = 74 + 0$
$Z = 74$
Следовательно, неизвестная частица имеет массовое число $A=182$ и зарядовое число $Z=74$. Элемент с зарядовым числом $Z=74$ — это вольфрам (W). Таким образом, частица X — это ядро изотопа вольфрама-182, ${}_{74}^{182}\textrm{W}$.
Полное уравнение реакции: ${}_{74}^{182}\textrm{W} + \gamma \rightarrow {}_{74}^{181}\textrm{W} + {}_{0}^{1}n$.

Ответ: X — это ядро вольфрама-182 ${}_{74}^{182}\textrm{W}$.

74.16 [1688] При взрыве ядерного заряда создаются условия для осуществления реакции $_{1}^{2}H + _{1}^{3}H \to X + _{0}^{1}n$. Ядро какого элемента (X) образуется при этом? Как называются реакции такого типа?

Дано:

Ядерная реакция: $_1^2\text{H} + _1^3\text{H} \rightarrow \text{X} + _0^1\text{n}$

Найти:

1. Ядро элемента X - ?

2. Название типа реакции - ?

Решение:

Ядро какого элемента (X) образуется при этом?

Для определения неизвестного продукта реакции X, обозначим его как $_Z^A\text{X}$, где $A$ — массовое число, а $Z$ — зарядовое число (порядковый номер в таблице Менделеева). В любой ядерной реакции должны выполняться законы сохранения массового и зарядового чисел.

Запишем уравнение реакции с неизвестным ядром:

$_1^2\text{H} + _1^3\text{H} \rightarrow _Z^A\text{X} + _0^1\text{n}$

Составим уравнение для сохранения массовых чисел (сумма верхних индексов слева и справа от стрелки должна быть одинаковой):

$2 + 3 = A + 1$

$5 = A + 1$

$A = 4$

Теперь составим уравнение для сохранения зарядовых чисел (сумма нижних индексов слева и справа от стрелки должна быть одинаковой):

$1 + 1 = Z + 0$

$Z = 2$

Таким образом, образовавшееся ядро X имеет массовое число $A=4$ и зарядовое число $Z=2$. Элемент с зарядовым числом 2 — это гелий (He). Следовательно, X — это ядро гелия $_2^4\text{He}$.

Ответ: В результате реакции образуется ядро гелия ($_2^4\text{He}$).

Как называются реакции такого типа?

Реакция, в ходе которой два легких ядра (в данном случае изотопы водорода — дейтерий $_1^2\text{H}$ и тритий $_1^3\text{H}$) сливаются в одно более тяжелое ядро (ядро гелия $_2^4\text{He}$), называется реакцией ядерного синтеза или термоядерной реакцией. Термин "термоядерная" подчеркивает, что для преодоления кулоновского отталкивания положительно заряженных ядер и их слияния необходима очень высокая температура (порядка миллионов кельвинов).

Ответ: Реакции такого типа называются реакциями ядерного синтеза или термоядерными реакциями.

75.1 [1689] Является ли $\alpha$-частица элементарной частицей?

75.1 Нет, $\alpha$-частица не является элементарной частицей.

Элементарной частицей в физике называют частицу, у которой, согласно современным представлениям, отсутствует внутренняя структура, то есть она не состоит из других, более мелких частиц. Примерами элементарных частиц являются электроны, кварки, фотоны.

$\alpha$-частица, в свою очередь, представляет собой ядро атома гелия ($^4_2\text{He}$). Она имеет сложную структуру и состоит из двух протонов и двух нейтронов, которые прочно связаны между собой сильным ядерным взаимодействием.

Более того, протоны и нейтроны сами являются составными частицами (адронами), так как они состоят из еще более фундаментальных частиц — кварков. Протон состоит из двух верхних (up) и одного нижнего (down) кварка, а нейтрон — из одного верхнего и двух нижних кварков.

Таким образом, $\alpha$-частица является сложной составной системой, а не элементарной частицей.

Ответ: нет, $\alpha$-частица не является элементарной, так как она является ядром атома гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов.

75.2 [1690] Атом водорода, а также нейтрон могут распадаться на протон и электрон. Почему атом водорода не считается элементарной частицей, а нейтрон причисляют к ним?

Вопрос затрагивает фундаментальные различия между составной системой, такой как атом, и частицей, которая претерпевает радиоактивный распад. Несмотря на кажущееся сходство продуктов распада, природа этих двух процессов совершенно разная.

Атом водорода — это не элементарная, а составная частица. Он представляет собой связанную систему, состоящую из протона (ядра) и электрона, которые удерживаются вместе электромагнитными силами. Процесс, при котором атом водорода "распадается" на протон и электрон, называется ионизацией. Для этого процессу необходимо сообщить энергию извне (энергию ионизации, равную 13,6 эВ), чтобы преодолеть силы притяжения. Протон и электрон существуют внутри атома как его составные части до момента ионизации.

Нейтрон, в свою очередь, рассматривается в физике как элементарная частица (в контексте субатомных частиц, не являющихся атомами), хотя в рамках Стандартной модели он также является составным и состоит из трёх кварков (одного верхнего и двух нижних). Ключевое отличие заключается в процессе его распада. Свободный нейтрон нестабилен и самопроизвольно распадается в результате слабого взаимодействия. Этот процесс называется бета-распадом. Реакция распада выглядит так:

$ n \to p^+ + e^- + \bar{\nu}_e $

Здесь $n$ — нейтрон, $p^+$ — протон, $e^-$ — электрон, а $\bar{\nu}_e$ — электронное антинейтрино (которое в условии задачи для простоты опущено).

Важнейшее отличие заключается в том, что нейтрон не состоит из протона, электрона и антинейтрино. Эти частицы не существуют внутри нейтрона до распада, а рождаются в момент самого распада. Происходит превращение одного из кварков внутри нейтрона (d-кварка в u-кварк), что и приводит к появлению новых частиц. Этот процесс является фундаментальным превращением одной частицы в другие, а не простым разделением на составные части, как в случае с атомом водорода.

Таким образом, разница заключается в следующем:

• Атом водорода — это связанная система из протона и электрона (электромагнитное взаимодействие), которые можно разделить, приложив энергию.
• Распад нейтрона — это самопроизвольный процесс превращения частицы в другие частицы (слабое взаимодействие), которые до этого не существовали в его составе.

Поэтому атом водорода является составной системой, а нейтрон классифицируется как элементарная частица в том смысле, что он является фундаментальным "кирпичиком" материи на уровне ядра, а его распад — это не разборка на части, а акт творения новых частиц.

Ответ: Атом водорода не считается элементарной частицей, потому что он является составной системой, состоящей из протона и электрона, связанных электромагнитной силой. Его "распад" (ионизация) — это разделение на уже существующие в его составе части. Нейтрон же, хотя и распадается, причисляют к элементарным частицам (в контексте адронов), так как его распад — это фундаментальное превращение, вызванное слабым взаимодействием, в ходе которого протон, электрон и антинейтрино рождаются, а не отделяются как составные части. Электрон не является составной частью нейтрона.

75.3 [н] Обладает ли энергией покоящаяся частица (тело)?

75.3 [Н]

Да, покоящаяся частица (тело) обладает энергией. Эта энергия называется энергией покоя.

Согласно специальной теории относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном, масса и энергия являются эквивалентными характеристиками любого физического объекта. Связь между массой покоя тела и его энергией покоя выражается одной из самых известных формул в физике:

$E_0 = mc^2$

где:

• $E_0$ — это энергия покоя,
• $m$ — масса покоя частицы (тела),
• $c$ — скорость света в вакууме (приблизительно $3 \cdot 10^8$ м/с), являющаяся фундаментальной физической постоянной.

Это означает, что любое тело, обладающее массой, уже по факту своего существования имеет огромный внутренний запас энергии. Эта энергия не связана с движением тела (кинетическая энергия) или его положением в поле сил (потенциальная энергия). Энергия покоя проявляется в процессах, где масса превращается в энергию, например, в ядерных реакциях (как в атомных реакторах или при взрыве атомной бомбы) и при аннигиляции частиц.

Ответ: Да, любая частица или тело, имеющее массу, обладает энергией покоя, величина которой определяется формулой $E_0 = mc^2$.

75.4 [1697] Для разрушения атомного ядра на нуклоны необходимо затратить энергию. Что можно сказать об отношении $m'/m$ ($m$ — масса нуклона в составе ядра, $m'$ — его же масса покоя за пределами ядра)?

Решение

Согласно условию задачи, для разрушения атомного ядра на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны) необходимо затратить энергию. Эта энергия называется энергией связи ядра ($E_{св}$). Наличие энергии связи означает, что ядро является устойчивой системой, и его полная энергия меньше, чем суммарная энергия покоя составляющих его свободных нуклонов.

В соответствии со специальной теорией относительности, масса и энергия связаны соотношением Эйнштейна: $E = mc^2$, где $E$ – энергия, $m$ – масса, а $c$ – скорость света в вакууме. Поскольку энергия связанного состояния (ядра) меньше суммарной энергии его свободных компонент, то и масса ядра ($M_{ядра}$) должна быть меньше суммы масс свободных нуклонов, из которых оно состоит. Это явление называется дефектом масс ($\Delta m$).

В задаче введены следующие обозначения:$m$ – масса нуклона в составе ядра. Если ядро состоит из $A$ нуклонов, то эту массу можно рассматривать как эффективную (среднюю) массу одного нуклона в ядре, т.е. $m = M_{ядра} / A$.$m'$ – масса того же нуклона в состоянии покоя за пределами ядра, то есть масса свободного нуклона.

Сумма масс $A$ свободных нуклонов, из которых могло бы быть образовано ядро, равна $A \cdot m'$.Из-за дефекта масс мы можем записать неравенство:$M_{ядра} < A \cdot m'$

Теперь подставим в это неравенство выражение для массы ядра через эффективную массу нуклона $m$:$A \cdot m < A \cdot m'$

Разделив обе части неравенства на число нуклонов $A$ (которое всегда является положительным целым числом), получаем:$m < m'$

Это означает, что эффективная масса нуклона в составе ядра всегда меньше массы этого нуклона в свободном состоянии.

Нас интересует отношение $m'/m$. Так как $m' > m$ и обе массы являются положительными величинами, мы можем разделить неравенство $m' > m$ на положительную величину $m$, не меняя знака неравенства:$\frac{m'}{m} > 1$

Следовательно, отношение массы свободного нуклона к массе нуклона в составе ядра всегда больше единицы.

Ответ: Отношение $m'/m$ больше единицы ($\frac{m'}{m} > 1$), так как масса нуклона в составе ядра ($m$) меньше его массы в свободном состоянии ($m'$) из-за дефекта масс, который эквивалентен энергии связи ядра.