Номер 3, страница 241 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 48. Деление и синтез ядер. Цепная реакция. Вопросы - номер 3, страница 241.

Условие.

3. Почему именно нейтрон способен вызвать распад тяжёлого ядра?

Решение.

Нейтрон является наиболее эффективной частицей для инициирования распада (деления) тяжёлых ядер по нескольким ключевым причинам, главной из которых является его электрическая нейтральность.

1. Отсутствие кулоновского барьера
Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, поэтому имеют положительный электрический заряд. Любая положительно заряженная частица, например протон или альфа-частица, при приближении к ядру будет испытывать сильное электростатическое (кулоновское) отталкивание. Чтобы преодолеть этот "кулоновский барьер" и проникнуть в ядро, заряженная частица должна обладать очень высокой кинетической энергией. Нейтрон, не имея электрического заряда, не взаимодействует с электрическим полем ядра и может свободно приблизиться к нему и быть захваченным даже при очень малых, тепловых энергиях.

2. Возбуждение ядра при захвате
Когда нейтрон поглощается тяжёлым ядром (например, ядром урана-235, $ {}^{235}_{92}U $), образуется новое, составное ядро (в данном случае $ {}^{236}_{92}U $) в возбуждённом состоянии. Энергия, вносимая в ядро, складывается из кинетической энергии нейтрона и его энергии связи. Энергия связи — это энергия, которая выделяется при присоединении нейтрона к ядру за счёт действия сильных ядерных сил. Эта дополнительная энергия оказывается достаточной, чтобы нарушить хрупкий баланс сил внутри тяжёлого ядра.

3. Механизм деления
Избыточная энергия вызывает интенсивные колебания и деформацию составного ядра. Ядро вытягивается, приобретая форму гантели. На определённой стадии деформации силы кулоновского отталкивания между двумя "половинками" ядра начинают преобладать над короткодействующими сильными ядерными силами, которые удерживают ядро в целостности. В результате ядро разрывается на два (реже три) более лёгких осколочных ядра, при этом высвобождается большое количество энергии и несколько новых нейтронов.

Таким образом, именно сочетание электрической нейтральности, позволяющей легко проникать в ядро, и способности вносить достаточную энергию для его возбуждения делает нейтрон уникальной частицей, способной вызывать цепную реакцию деления тяжёлых ядер.
Ответ: Нейтрон способен вызвать распад тяжёлого ядра, потому что он не имеет электрического заряда и может беспрепятственно проникать в положительно заряженное ядро, не преодолевая силы кулоновского отталкивания. После захвата нейтрона ядро переходит в возбуждённое состояние, что приводит к его деформации и последующему делению на осколки с выделением энергии.