Номер 7, страница 242 - 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 7, страница 242.

Условие.

7. Почему при делении ядер урана выделяется огромная энергия?

Решение.

Выделение огромного количества энергии при делении ядер урана объясняется явлением дефекта масс и принципом эквивалентности массы и энергии, который был сформулирован Альбертом Эйнштейном.

Когда тяжелое ядро урана, например урана-235, поглощает медленный нейтрон, оно становится крайне нестабильным и распадается на два более легких ядра (осколки деления), при этом испуская несколько новых нейтронов. Ключевым моментом этого процесса является то, что суммарная масса всех продуктов реакции (масса осколков плюс масса испущенных нейтронов) оказывается немного меньше, чем масса исходного ядра урана и поглощенного им нейтрона. Эта разница в массе, называемая дефектом масс ($Δm$), не исчезает, а преобразуется в энергию ($\text{E}$) в соответствии со знаменитым соотношением:

$E = Δmc^2$

В этой формуле $\text{c}$ — это скорость света в вакууме, являющаяся фундаментальной физической константой ($c \approx 3 \times 10^8$ м/с). Поскольку скорость света возводится в квадрат, множитель $c^2$ оказывается колоссальной величиной (около $9 \times 10^{16} \text{ м}^2/\text{с}^2$). Именно поэтому даже ничтожное уменьшение массы приводит к высвобождению огромного количества энергии. Эта энергия выделяется в виде кинетической энергии разлетающихся осколков и нейтронов, а также в виде электромагнитного излучения (гамма-квантов).

Это явление также можно объяснить через понятие энергии связи ядра. Энергия связи — это энергия, которая удерживает нуклоны (протоны и нейтроны) вместе в ядре. Удельная энергия связи (т.е. энергия связи на один нуклон) у ядер-осколков, которые находятся в середине таблицы Менделеева, больше, чем у тяжелого ядра урана. Это означает, что нуклоны в продуктах деления связаны между собой прочнее. В процессе деления система переходит из менее стабильного состояния (тяжелое ядро) в более стабильное (легкие ядра), и разница в полной энергии связи выделяется вовне.

Ответ: Огромная энергия при делении ядер урана выделяется из-за того, что суммарная масса продуктов деления меньше массы исходного ядра. Эта "потерянная" масса (дефект масс) преобразуется в энергию в полном соответствии с формулой Эйнштейна $E = mc^2$. Из-за огромного значения квадрата скорости света ($c^2$) даже небольшая потеря массы приводит к колоссальному выходу энергии.