Номер 4, страница 262 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 7. Квантовые явления. Параграф 63. Деление и синтез ядер. Темы докладов - номер 4, страница 262.

Условие.

4. Деление и синтез ядер.

Решение.

Деление и синтез ядер — это два основных типа ядерных реакций, в ходе которых происходит преобразование атомных ядер. Эти процессы сопровождаются выделением или поглощением огромного количества энергии, которое на много порядков превосходит энергию химических реакций.

Деление ядер

Деление ядра — это процесс расщепления тяжелого атомного ядра (например, урана или плутония) на два или реже три более легких ядра, которые называют осколками деления. Этот процесс, как правило, инициируется захватом ядром внешней частицы, чаще всего медленного нейтрона. При захвате нейтрона ядро переходит в возбужденное состояние, становится нестабильным и распадается.

Процесс деления сопровождается высвобождением колоссальной энергии. Эта энергия возникает из-за так называемого дефекта масс: суммарная масса покоя продуктов реакции (осколков и вылетевших нейтронов) оказывается меньше массы покоя исходного ядра и захваченного нейтрона. Эта разница масс, $\Delta m$, преобразуется в энергию $\text{E}$ в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна:

$E = \Delta m c^2$, где $\text{c}$ — скорость света в вакууме.

Кроме осколков, при делении испускаются 2-3 свободных нейтрона. Эти нейтроны могут, в свою очередь, вызвать деление других тяжелых ядер, что создает условия для цепной ядерной реакции. Если процесс контролируется (как в ядерных реакторах АЭС, где избыточные нейтроны поглощаются), он служит источником энергии. Если процесс не контролируется, происходит лавинообразное нарастание числа делений, что приводит к ядерному взрыву.

Пример одной из возможных реакций деления ядра урана-235:

$$_{92}^{235}U + _0^1n \rightarrow _{92}^{236}U^* \rightarrow _{56}^{141}Ba + _{36}^{92}Kr + 3_0^1n + E$$

Ответ: Деление ядер — это распад тяжелого атомного ядра на более легкие фрагменты, как правило, под действием нейтрона. Процесс сопровождается выделением большого количества энергии и испусканием новых нейтронов, способных поддерживать цепную реакцию.

Синтез ядер

Синтез ядер (также известный как термоядерный синтез) — это процесс слияния двух или более легких атомных ядер с образованием одного более тяжелого ядра. Этот процесс является источником энергии Солнца и других звезд. Для того чтобы синтез произошел, необходимо сблизить легкие ядра на очень малые расстояния, чтобы ядерные силы притяжения превысили силы электростатического (кулоновского) отталкивания их положительных зарядов.

Для преодоления кулоновского барьера требуются экстремальные условия: сверхвысокие температуры (порядка десятков и сотен миллионов градусов Цельсия) и огромное давление. При таких условиях вещество переходит в состояние плазмы — полностью или частично ионизированного газа.

Энергия при синтезе, как и при делении, выделяется за счет дефекта масс. Масса образовавшегося в результате слияния более тяжелого ядра оказывается меньше суммы масс исходных легких ядер. Удельное энерговыделение (энергия на единицу массы реагентов) в реакциях синтеза значительно выше, чем в реакциях деления.

Примером реакции термоядерного синтеза, рассматриваемой как наиболее перспективная для использования в будущих термоядерных электростанциях, является слияние ядер изотопов водорода — дейтерия ($_{1}^{2}H$) и трития ($_{1}^{3}H$):

$$_1^2H + _1^3H \rightarrow _2^4He + _0^1n + E$$

Управляемый термоядерный синтез является одной из главных научных задач человечества, так как его освоение сулит практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Неуправляемая реакция синтеза используется в термоядерном (водородном) оружии.

Ответ: Синтез ядер — это реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые, протекающая при сверхвысоких температурах и давлениях. Этот процесс сопровождается выделением колоссального количества энергии и является источником энергии звезд.