Номер 1, страница 276 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием поглощённого им нейтрона?

1. Почему деление ядра может начаться только тогда, когда оно деформируется под действием поглощённого им нейтрона?

Деление тяжелых атомных ядер объясняется с помощью капельной модели, согласно которой ядро уподобляется капле заряженной несжимаемой жидкости. Стабильность ядра определяется балансом двух противоборствующих сил:

• Ядерные силы притяжения: это мощные, но короткодействующие силы, удерживающие нуклоны (протоны и нейтроны) вместе. Подобно силам поверхностного натяжения в капле воды, они стремятся минимизировать поверхность ядра, придавая ему сферическую форму.
• Кулоновские силы отталкивания: это дальнодействующие электростатические силы, которые действуют между одноименно заряженными протонами и стремятся разорвать ядро.

В устойчивом тяжелом ядре, например урана-235 ($^{235}_{92}U$), ядерные силы преобладают над кулоновскими, и ядро сохраняет свою целостность. Когда такое ядро поглощает нейтрон, оно переходит в возбужденное состояние ($^{236}_{92}U^*$), получая дополнительную энергию. Эта энергия вызывает интенсивные колебания ядра, что приводит к его деформации — оно вытягивается, принимая сначала форму эллипсоида, а затем гантели.

Критическая важность деформации заключается в том, как она влияет на баланс сил:

1. При растяжении ядра увеличивается его поверхность, что ослабляет действие короткодействующих ядерных сил (подобно тому, как поверхностное натяжение капли не может удержать ее от разрыва при сильном растяжении).
2. В то же время, дальнодействующие кулоновские силы отталкивания между протонами, сконцентрированными в образующихся "половинках" гантели, становятся доминирующими.

Когда деформация достигает определенного порога (так называемого барьера деления), силы отталкивания становятся необратимо больше сил притяжения. В этот момент ядро разрывается на два (реже три) осколка. Таким образом, деформация является необходимым этапом, который позволяет кулоновским силам преодолеть ядерное притяжение и инициировать процесс деления.

Ответ: Деление ядра начинается с его деформации, потому что именно изменение сферической формы на вытянутую позволяет дальнодействующим силам кулоновского отталкивания между протонами преодолеть короткодействующие ядерные силы притяжения. В сферическом ядре ядерные силы сильнее, но при его растяжении они ослабевают, а кулоновское отталкивание между удаляющимися частями ядра становится доминирующим, что и приводит к его разрыву на осколки.

2. Что образуется в результате деления ядра?

В результате деления тяжелого атомного ядра (например, урана-235) под действием нейтрона образуется несколько различных продуктов:

• Два (реже три) осколка деления. Это ядра более легких химических элементов, расположенных в средней части таблицы Менделеева. Например, типичными продуктами деления урана являются ядра бария ($^{141}_{56}Ba$) и криптона ($^{92}_{36}Kr$), или ксенона ($^{140}_{54}Xe$) и стронция ($^{94}_{38}Sr$). Конкретный состав осколков носит вероятностный характер. Эти осколки, как правило, содержат избыток нейтронов и поэтому являются радиоактивными.
• Свободные нейтроны. В каждом акте деления мгновенно испускается в среднем 2-3 быстрых нейтрона. Именно эти нейтроны могут вызвать деление соседних ядер урана, обеспечивая возможность протекания цепной ядерной реакции.
• Энергия. Выделяется колоссальное количество энергии — около $200 \ МэВ$ на один акт деления. Эта энергия распределяется в виде:
  • кинетической энергии осколков деления (основная часть);
  • кинетической энергии свободных нейтронов;
  • энергии гамма-излучения ($\gamma$-квантов), сопровождающего деление;
  • энергии последующего радиоактивного распада осколков.

Пример одной из возможных реакций деления урана-235: $$ ^{1}_{0}n + ^{235}_{92}U \rightarrow ^{236}_{92}U^* \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3 \cdot ^{1}_{0}n $$

Ответ: В результате деления ядра образуются два (реже три) более легких ядра-осколка, 2-3 свободных нейтрона и выделяется большое количество энергии в виде кинетической энергии продуктов реакции и гамма-излучения.