Номер 5, страница 33, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 26. Ядерные реакции. Ядерная энергетика - номер 5, страница 33.

Условие.

5. Какие величины сохраняются в ядерных реакциях?

Решение.

Решение

В ядерных реакциях, то есть в процессах взаимодействия атомных ядер с другими ядрами или элементарными частицами, приводящих к изменению состава и строения ядер, выполняется ряд фундаментальных законов сохранения. Эти законы накладывают строгие ограничения на то, какие реакции могут происходить в природе.

Закон сохранения электрического заряда
Суммарный электрический заряд частиц, вступающих в ядерную реакцию, равен суммарному электрическому заряду частиц, образующихся в результате реакции. Поскольку носителями заряда в ядре являются протоны (заряд $+e$), этот закон сводится к сохранению общего числа протонов. Для произвольной реакции вида $^A_Z X + ^a_z x \rightarrow ^B_Y Y + ^b_y y$ закон сохранения заряда записывается как:
$Z + z = Y + y$

Закон сохранения массового числа (числа нуклонов)
Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в изолированной системе остается постоянным. Это означает, что сумма массовых чисел (верхних индексов) ядер и частиц до реакции равна сумме их массовых чисел после реакции. Для реакции $^A_Z X + ^a_z x \rightarrow ^B_Y Y + ^b_y y$ это выражается равенством:
$A + a = B + b$
Этот закон является следствием более фундаментального закона сохранения барионного числа.

Закон сохранения энергии-массы
В ядерных реакциях сохраняется полная энергия системы. Однако масса покоя частиц не сохраняется. Часть массы покоя исходных частиц может превращаться в кинетическую энергию продуктов реакции (экзотермические реакции) или, наоборот, кинетическая энергия сталкивающихся частиц может идти на увеличение массы покоя продуктов (эндотермические реакции). Связь между изменением массы и выделившейся или поглощенной энергией ($\text{Q}$) дается знаменитой формулой Эйнштейна:
$Q = \Delta m c^2 = (m_{исх} - m_{прод})c^2$
где $m_{исх}$ — сумма масс покоя исходных частиц, $m_{прод}$ — сумма масс покоя продуктов реакции, а $\text{c}$ — скорость света в вакууме. Сохраняется именно полная релятивистская энергия, включающая и энергию покоя, и кинетическую энергию.

Закон сохранения импульса
Векторная сумма импульсов всех частиц до реакции равна векторной сумме импульсов всех частиц после реакции. Этот закон определяет кинематику реакции, то есть скорости и направления разлета продуктов реакции. Если суммарный импульс до реакции был равен нулю (например, распад покоящегося ядра), то суммарный импульс продуктов реакции также будет равен нулю.

Закон сохранения момента импульса
Суммарный момент импульса системы до реакции равен суммарному моменту импульса системы после реакции. Момент импульса включает в себя как орбитальный момент импульса частиц (связанный с их движением), так и их собственный момент импульса — спин.

Законы сохранения лептонного и барионного чисел
В реакциях, где участвуют лептоны (например, электроны, позитроны, нейтрино) и барионы (протоны, нейтроны), сохраняются также специальные квантовые числа.
Барионное число: протонам и нейтронам приписывается барионное число +1, их античастицам -1. Сумма барионных чисел до и после реакции должна быть одинаковой. Для обычных ядерных реакций этот закон эквивалентен закону сохранения массового числа.
Лептонное число: электронам и нейтрино приписывается лептонное число +1, их античастицам (позитронам и антинейтрино) -1. Этот закон важен при описании процессов бета-распада.

Ответ:
В ядерных реакциях сохраняются следующие фундаментальные физические величины: электрический заряд, массовое число (число нуклонов), полная энергия (с учётом энергии покоя), импульс, момент импульса, а также барионное и лептонное числа.