Номер 4, страница 276 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Как идёт реакция деления ядер урана — с выделением энергии в окружающую среду или, наоборот, с поглощением энергии?

4. Решение

Реакция деления ядер урана происходит со значительным выделением энергии в окружающую среду. Этот процесс является экзотермическим, то есть сопровождается выделением тепла и других форм энергии.

Причиной выделения энергии служит явление, известное как «дефект масс». Суть его в том, что масса исходного тяжелого ядра урана оказывается больше, чем суммарная масса всех продуктов реакции деления (осколочных ядер и нейтронов). Эта разница масс, или дефект массы $\Delta m$, не исчезает, а преобразуется в энергию $E$ в соответствии с фундаментальным принципом эквивалентности массы и энергии, открытым А. Эйнштейном:

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

где $c$ — скорость света в вакууме (приблизительно $3 \cdot 10^8$ м/с).

С точки зрения ядерной физики, это объясняется различиями в удельной энергии связи нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Удельная энергия связи — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, отнесенная к числу нуклонов в ядре. Чем она выше, тем прочнее и стабильнее ядро. У тяжелых ядер, таких как уран-235, удельная энергия связи составляет около 7,6 МэВ/нуклон. Продукты деления — это ядра элементов из середины таблицы Менделеева (например, барий и криптон), у которых удельная энергия связи выше и составляет около 8,5 МэВ/нуклон. Когда ядро урана делится, образуются более прочно связанные ядра. Система переходит в более устойчивое состояние с меньшей внутренней энергией, а разница в энергиях выделяется вовне.

Типичный пример реакции деления ядра урана-235 под действием медленного нейтрона выглядит так:

$_{0}^{1}\textrm{n} + _{92}^{235}\textrm{U} \rightarrow _{92}^{236}\textrm{U}^* \rightarrow _{56}^{141}\textrm{Ba} + _{36}^{92}\textrm{Kr} + 3\cdot{_{0}^{1}\textrm{n}} + E$

В результате одного такого акта деления выделяется колоссальная по атомным меркам энергия — около 200 МэВ. Эта энергия в основном переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков и нейтронов, а также выделяется в виде гамма-излучения.

Ответ: Реакция деления ядер урана идёт с выделением энергии в окружающую среду.