Номер 7, страница 124 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

XI. Квантовые явления. Смотрим и думаем - номер 7, страница 124.

Условие.

7. Впишите пропущенные обозначения в термоядерные реакции.

1) $_1^1\text{H} + \ldots \rightarrow _1^2\text{H}$ и выделяется энергия

2) $_1^1\text{H} + _1^2\text{H} \rightarrow \ldots$ и выделяется энергия

3) $\ldots + _2^3\text{H} \rightarrow _2^4\text{He} + 2_2^3\text{H}$ и выделяется энергия

Решение.

Для решения этой задачи необходимо применить законы сохранения массового числа (числа нуклонов) и зарядового числа (числа протонов) в ядерных реакциях. Сумма массовых чисел и сумма зарядовых чисел до реакции должны быть равны соответствующим суммам после реакции. В данном случае, скорее всего, представлены этапы протон-протонного цикла — основного источника энергии звезд, подобных Солнцу.

① $ _{1}^{1}\text{H} + ... \rightarrow _{1}^{2}\text{H} $ и выделяется энергия

Это первая стадия протон-протонного цикла, в которой два протона (ядра водорода $ _{1}^{1}\text{H} $) сливаются, образуя ядро дейтерия $ _{1}^{2}\text{H} $, позитрон $ e^+ $ и электронное нейтрино $ \nu_e $. Уравнение реакции в полном виде: $ _{1}^{1}\text{H} + _{1}^{1}\text{H} \rightarrow _{1}^{2}\text{H} + e^+ + \nu_e $. В условии задачи для простоты опущены позитрон и нейтрино, которые являются лептонами, а не нуклонами. Таким образом, пропущенным обозначением является второй протон. Проверим сохранение чисел для полной реакции. До реакции (левая часть): суммарное массовое число $ A = 1 + 1 = 2 $, суммарный заряд $ Z = 1 + 1 = 2 $. После реакции (правая часть): массовое число ядра дейтерия $ A = 2 $, у позитрона $ A = 0 $, у нейтрино $ A = 0 $. Суммарное $ A = 2 $. Заряд ядра дейтерия $ Z = 1 $, заряд позитрона $ Z = +1 $, заряд нейтрино $ Z = 0 $. Суммарный $ Z = 1 + 1 = 2 $. Законы сохранения выполняются. Пропущенная частица — протон $ _{1}^{1}\text{H} $.

Ответ: $ _{1}^{1}\text{H} $.

② $ _{1}^{1}\text{H} + _{1}^{2}\text{H} \rightarrow ... $ и выделяется энергия

Это вторая стадия протон-протонного цикла. Ядро дейтерия $ _{1}^{2}\text{H} $, образовавшееся на первом этапе, сливается с еще одним протоном $ _{1}^{1}\text{H} $. Для нахождения неизвестного продукта реакции воспользуемся законами сохранения. Сумма массовых чисел слева: $ A = 1 + 2 = 3 $. Сумма зарядовых чисел слева: $ Z = 1 + 1 = 2 $. Следовательно, в результате реакции образуется ядро с массовым числом $ A = 3 $ и зарядовым числом $ Z = 2 $. Элемент с зарядовым числом 2 — это гелий (He). Таким образом, образуется изотоп гелия-3 ($ _{2}^{3}\text{He} $). Полное уравнение реакции: $ _{1}^{1}\text{H} + _{1}^{2}\text{H} \rightarrow _{2}^{3}\text{He} + \gamma $, где $ \gamma $ — гамма-квант.

Ответ: $ _{2}^{3}\text{He} $.

③ $ ... + _{2}^{3}\text{H} \rightarrow _{2}^{4}\text{He} + 2_{2}^{3}\text{H} $ и выделяется энергия

Это третья, завершающая стадия протон-протонного цикла. В записи реакции в условии, по-видимому, содержатся опечатки. Обозначение $ _{2}^{3}\text{H} $ является некорректным, так как элемент с зарядовым числом $ Z = 2 $ — это гелий (He), а не водород (H). Вероятно, имелось в виду ядро гелия-3 ($ _{2}^{3}\text{He} $). Также в продуктах реакции $ 2_{2}^{3}\text{H} $ скорее всего является опечаткой для двух протонов $ 2_{1}^{1}\text{H} $. С учетом этих исправлений реакция должна выглядеть так: $ _{2}^{3}\text{He} + _{2}^{3}\text{He} \rightarrow _{2}^{4}\text{He} + 2_{1}^{1}\text{H} $. В этой реакции два ядра гелия-3 сливаются, образуя ядро гелия-4 ($ _{2}^{4}\text{He} $) и два протона ($ _{1}^{1}\text{H} $). Таким образом, пропущенная частица в левой части уравнения — это второе ядро гелия-3. Проверим законы сохранения для исправленной реакции. Слева: $ A = 3 + 3 = 6 $, $ Z = 2 + 2 = 4 $. Справа: $ A = 4 + 2 \cdot 1 = 6 $, $ Z = 2 + 2 \cdot 1 = 4 $. Законы сохранения выполняются, и при этой реакции выделяется значительная энергия.

Ответ: $ _{2}^{3}\text{He} $.