Номер 9, страница 235 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 46. Ядерные силы. Вопросы - номер 9, страница 235.

Условие.

9. Почему процесс деления ядер урана на атомные ядра химических элементов средней части Периодической системы Д.И. Менделеева является энергетически выгодным?

Решение.

Процесс деления тяжелых ядер, таких как уран, на более легкие ядра, расположенные в средней части Периодической системы, является энергетически выгодным из-за разницы в удельной энергии связи нуклонов (протонов и нейтронов) в атомных ядрах.

Удельная энергия связи — это энергия, которую необходимо затратить для разделения ядра на отдельные нуклоны, отнесенная к числу нуклонов в ядре. Она характеризует прочность и стабильность ядра. График зависимости удельной энергии связи от массового числа показывает, что максимальной стабильностью обладают ядра химических элементов из середины таблицы Менделеева (например, железо, $A \approx 56$), у которых удельная энергия связи максимальна (около 8,7 МэВ/нуклон). У тяжелых ядер, таких как уран-235 ($A=235$), удельная энергия связи заметно меньше (около 7,6 МэВ/нуклон).

При делении ядро урана распадается на два более легких осколка, которые как раз и являются ядрами элементов из средней части Периодической системы. Несмотря на то, что общее число нуклонов сохраняется, они переходят в более устойчивое состояние с большей удельной энергией связи. Следовательно, суммарная энергия связи продуктов деления оказывается больше, чем энергия связи исходного ядра урана.

Это увеличение общей энергии связи системы означает, что суммарная масса покоя продуктов реакции (осколков и нейтронов) меньше массы покоя исходного ядра урана. Эта разница масс, называемая дефектом масс реакции ($\Delta m$), согласно знаменитому уравнению Эйнштейна, переходит в энергию, которая выделяется в ходе реакции:

$E = \Delta m \cdot c^2$

где $\text{c}$ — скорость света в вакууме. Эта высвобождающаяся энергия (около 200 МэВ на одно ядро урана) проявляется в виде огромной кинетической энергии разлетающихся осколков и испускаемых частиц, что и делает процесс деления мощным источником энергии и, соответственно, энергетически выгодным.

Ответ: Процесс деления ядер урана энергетически выгоден потому, что удельная энергия связи нуклонов в образующихся ядрах-осколках (элементы из середины Периодической таблицы) больше, чем в исходном тяжелом ядре урана. Это приводит к тому, что суммарная масса продуктов деления становится меньше исходной массы ядра, а разница масс (дефект масс) выделяется в виде огромного количества энергии.