Номер 5, страница 236 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 58. Ядерные реакции. Вопросы для самопроверки - номер 5, страница 236.

Условие.

5. Какие законы сохранения выполняются в ядерных реакциях?

Решение.

В ядерных реакциях, которые представляют собой процессы превращения атомных ядер при их взаимодействии друг с другом или с элементарными частицами, выполняется ряд фундаментальных законов сохранения. Эти законы определяют, какие реакции возможны, а какие — нет, и являются ключевыми для понимания ядерной физики.

1. Закон сохранения электрического заряда

Суммарный электрический заряд частиц, вступающих в ядерную реакцию, равен суммарному электрическому заряду частиц, образующихся в результате реакции. Поскольку носителями положительного заряда в ядре являются протоны, этот закон означает, что сумма зарядовых чисел (количества протонов, обозначается $\text{Z}$) всех частиц до реакции равна сумме зарядовых чисел всех частиц после реакции.

2. Закон сохранения массового числа

Суммарное число нуклонов (протонов и нейтронов) в реакции сохраняется. Это означает, что сумма массовых чисел (общего числа нуклонов, обозначается $\text{A}$) ядер и частиц до реакции равна сумме массовых чисел ядер и частиц после реакции. Следует отметить, что масса покоя системы при этом не сохраняется. Разница масс покоя (дефект масс) переходит в кинетическую энергию продуктов реакции или энергию излучения.

3. Закон сохранения энергии

Полная энергия замкнутой системы, включающая энергию покоя ($E=mc^2$), кинетическую энергию частиц и энергию электромагнитного излучения (гамма-квантов), сохраняется. Энергетический выход ядерной реакции $\text{Q}$ определяется разностью энергий покоя начальных и конечных частиц: $Q = (m_{начальная} - m_{конечная})c^2$. Если $Q > 0$, реакция идет с выделением энергии (экзотермическая), если $Q < 0$ — с поглощением энергии (эндотермическая).

4. Закон сохранения импульса

Векторная сумма импульсов всех частиц, участвующих в реакции, остается постоянной. Суммарный импульс системы до реакции равен суммарному импульсу системы после реакции. Этот закон определяет кинематику реакции, в частности, углы разлета и энергии продуктов реакции.

5. Закон сохранения момента импульса

Векторная сумма моментов импульса всех частиц (включая как орбитальные моменты, так и собственные моменты — спины) до реакции равна векторной сумме моментов импульса после реакции. Этот закон накладывает ограничения на возможные квантовые состояния конечных продуктов.

6. Закон сохранения барионного числа

Этот закон является более фундаментальным обобщением закона сохранения массового числа. Каждому бариону (протон, нейтрон и др.) приписывается барионное число $B=+1$, а антибариону — $B=-1$. В любых взаимодействиях суммарное барионное число сохраняется. Для нерелятивистских ядерных реакций он эквивалентен закону сохранения массового числа.

7. Закон сохранения лептонного числа

В реакциях, в которых участвуют лептоны (например, электроны, позитроны, нейтрино, антинейтрино), сохраняется лептонное число. Лептонам приписывается лептонное число $L=+1$, а антилептонам — $L=-1$. Существует три типа лептонного числа (электронное, мюонное, тауонное), и каждый из них сохраняется отдельно.

Ответ: В ядерных реакциях выполняются следующие законы сохранения: закон сохранения электрического заряда, закон сохранения массового числа, закон сохранения энергии (с учетом энергии покоя), закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса, а также более фундаментальные законы сохранения барионного и лептонного чисел.