Номер 4, страница 304 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 63. Деление ядер урана. Цепная реакция. Ответь на вопросы - номер 4, страница 304.

Условие.

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

Решение.

Решение 2.

Реакция деления ядер урана происходит с выделением огромного количества энергии в окружающую среду. Это явление объясняется фундаментальными принципами ядерной физики, в частности, концепцией энергии связи ядра и дефектом масс.

В основе процесса лежит тот факт, что удельная энергия связи нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре неодинакова для разных химических элементов. Удельная энергия связи — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на отдельные нуклоны, отнесённая к числу нуклонов в ядре. Чем она больше, тем прочнее и стабильнее ядро.

У ядер тяжелых элементов, таких как уран ($^{235}\text{U}$), удельная энергия связи меньше, чем у ядер элементов, находящихся в середине периодической таблицы (например, криптон, барий, ксенон).

Когда тяжелое ядро урана поглощает медленный нейтрон, оно переходит в возбужденное состояние и распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Например, одна из множества возможных реакций деления урана-235 выглядит так:

${}^{1}_{0}\text{n} + {}^{235}_{92}\text{U} \rightarrow {}^{141}_{56}\text{Ba} + {}^{92}_{36}\text{Kr} + 3({}^{1}_{0}\text{n}) + \text{энергия}$

Поскольку суммарная энергия связи нуклонов в образовавшихся осколках (в примере — барий и криптон) больше, чем энергия связи в исходном ядре урана, то избыток энергии высвобождается. Это происходит в соответствии с эквивалентностью массы и энергии, выраженной формулой Эйнштейна: $E = mc^2$.

Суммарная масса покоя продуктов реакции (осколков деления и нейтронов) оказывается меньше, чем суммарная масса покоя исходных частиц (ядра урана и нейтрона). Эта разница масс, называемая дефектом масс ($Δm$), и преобразуется в колоссальное количество энергии ($ΔE$) по формуле $ΔE = Δm \cdot c^2$.

Выделившаяся энергия передается в основном в виде кинетической энергии разлетающихся с огромной скоростью осколков и испускаемых нейтронов, а также в виде гамма-излучения. Эти частицы, тормозясь в окружающей среде (например, в воде-теплоносителе ядерного реактора), передают ей свою энергию, что приводит к сильному нагреву среды.

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