Номер 1, страница 232 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

1. Каков механизм деления тяжелых ядер?

1. Каков механизм деления тяжелых ядер?

Механизм деления тяжелых ядер, таких как уран-235 или плутоний-239, наглядно описывается с помощью капельной модели ядра. Согласно этой модели, атомное ядро представляется в виде капли несжимаемой заряженной жидкости, в которой нуклоны (протоны и нейтроны) удерживаются вместе сильным взаимодействием, подобно молекулам в капле воды.

Процесс деления можно разбить на несколько последовательных этапов:

1. Возбуждение ядра. Деление, как правило, инициируется захватом ядром внешней частицы, чаще всего медленного (теплового) нейтрона. При поглощении нейтрона ядро, например уран-235, переходит в возбужденное состояние, образуя составное ядро (в данном случае, уран-236). Энергия, внесенная нейтроном, заставляет ядро интенсивно колебаться. Реакция выглядит так: $${}_{92}^{235}\text{U} + {}_0^1\text{n} \rightarrow [{}_{92}^{236}\text{U}]^*$$ Звездочка (*) означает, что ядро находится в возбужденном состоянии.

2. Деформация. В обычном состоянии ядро стремится к сферической форме, так как она энергетически наиболее выгодна из-за действия ядерных сил, аналогичных силам поверхностного натяжения. Получив избыточную энергию, ядро начинает деформироваться, вытягиваясь и принимая форму эллипсоида.

3. Образование «перетяжки». Если энергия возбуждения достаточна, деформация продолжается, и в центре вытянутого ядра образуется «перетяжка». Ядро приобретает форму, похожую на гантель. В этом состоянии кулоновские силы отталкивания между протонами, сконцентрированными в двух утолщениях «гантели», начинают преобладать над ядерными силами сцепления, которые действуют на малом расстоянии и наиболее сильны в области тонкой перетяжки.

4. Разрыв ядра. Когда деформация достигает критического значения, ядерные силы в перетяжке уже не могут удерживать части ядра вместе. Происходит разрыв, и ядро распадается на два (реже три) более легких ядра, называемых осколками деления. Эти осколки, будучи положительно заряженными, с огромной силой отталкиваются друг от друга и разлетаются в противоположные стороны с большой скоростью.

5. Высвобождение энергии и нейтронов. Процесс деления сопровождается выделением колоссального количества энергии (около 200 МэВ на одно ядро). Эта энергия возникает из-за дефекта масс: суммарная масса покоя осколков деления и других продуктов реакции оказывается меньше массы покоя исходного ядра и захваченного нейтрона. Эта разница масс $ \Delta m $ преобразуется в энергию $ E $ в соответствии с формулой Эйнштейна: $$E = \Delta m c^2$$ Помимо осколков, в процессе деления мгновенно испускаются 2-3 свободных нейтрона и гамма-кванты. Именно эти вторичные нейтроны способны вызывать деление соседних тяжелых ядер, что делает возможной самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию.

Ответ: Механизм деления тяжелых ядер объясняется капельной моделью: при захвате нейтрона тяжелое ядро переходит в возбужденное состояние и начинает колебаться, деформируясь из сферической формы в вытянутую. При критической деформации в ядре образуется перетяжка, и кулоновские силы отталкивания разрывают его на два более легких осколка. Этот распад сопровождается выделением огромной энергии, а также испусканием нескольких нейтронов, которые могут инициировать дальнейшие деления.