Номер 3, страница 318 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 67. Термоядерная реакция. Ответь на вопросы - номер 3, страница 318.

Условие.

3. Какая реакция энергетически более выгодна (в расчёте на один нуклон): синтез лёгких ядер или деление тяжёлых?

Решение.

Решение 2.

Энергетическая выгодность ядерной реакции определяется изменением удельной энергии связи — энергии, приходящейся на один нуклон в ядре. Согласно графику зависимости удельной энергии связи от массового числа, максимальной стабильностью (наибольшей удельной энергией связи) обладают ядра элементов в середине периодической таблицы (в районе железа, $A \approx 56$). Удельная энергия связи меньше как у очень лёгких, так и у очень тяжёлых ядер.

Поэтому энергия выделяется в двух типах реакций: при делении тяжёлых ядер на более лёгкие и при синтезе лёгких ядер в более тяжёлые. В обоих случаях продукты реакции обладают большей удельной энергией связи, чем исходные реагенты, что и приводит к выделению энергии.

Для сравнения энергетической выгодности на один нуклон рассмотрим конкретные примеры.

При делении ядра урана-235 ($^{235}\text{U}$) удельная энергия связи возрастает с примерно 7,6 МэВ/нуклон до 8,5 МэВ/нуклон для продуктов деления. Энергетический выход на один нуклон составляет разность этих величин: $8.5 \text{ МэВ/нуклон} - 7.6 \text{ МэВ/нуклон} \approx 0.9 \text{ МэВ/нуклон}$.

При синтезе из дейтерия ($^{2}_{1}\text{H}$) и трития ($^{3}_{1}\text{H}$) ядра гелия ($^{4}_{2}\text{He}$) и нейтрона ($^{1}_{0}\text{n}$) по реакции $_{1}^{2}\text{H} + _{1}^{3}\text{H} \rightarrow _{2}^{4}\text{He} + _{0}^{1}\text{n}$ выделяется энергия около 17.6 МэВ. Поскольку в реакции участвует 5 нуклонов ($2+3$), то выход энергии на один нуклон равен $17.6 \text{ МэВ} / 5 \text{ нуклонов} \approx 3.52 \text{ МэВ/нуклон}$.

Сравнение показывает, что $3.52 \text{ МэВ/нуклон} > 0.9 \text{ МэВ/нуклон}$. Следовательно, синтез лёгких ядер энергетически значительно выгоднее деления тяжёлых ядер в расчёте на один нуклон. Это связано с тем, что левый склон кривой удельной энергии связи (для лёгких ядер) гораздо круче правого (для тяжёлых ядер).

Ответ: Энергетически более выгодной реакцией в расчёте на один нуклон является синтез лёгких ядер.