Номер 4, страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

4. Как определяют энергию выхода ядерной реакции?

Энергию выхода ядерной реакции (также называемую энергетическим выходом или Q-величиной) определяют на основе закона сохранения энергии и фундаментального соотношения эквивалентности массы и энергии, установленного Альбертом Эйнштейном.

Согласно этому принципу, любая ядерная реакция сопровождается изменением суммарной массы покоя участвующих в ней частиц. Эта разница масс (дефект масс реакции) преобразуется в энергию или, наоборот, энергия преобразуется в массу.

1. Расчет через дефект масс.

Это основной способ определения энергии выхода. Рассмотрим общую ядерную реакцию вида:

$A + a \rightarrow B + b$

где $A$ и $a$ — исходные частицы (например, ядро-мишень и налетающая частица), а $B$ и $b$ — продукты реакции.

Энергия выхода $Q$ равна разности между суммарной энергией покоя частиц до реакции и после реакции. Она вычисляется по формуле:

$Q = (m_A + m_a - m_B - m_b) \cdot c^2$

Здесь:

• $m_A, m_a, m_B, m_b$ — массы покоя соответствующих ядер и частиц.
• $c$ — скорость света в вакууме ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с).

Выражение в скобках $(m_A + m_a - m_B - m_b)$ называется дефектом масс реакции и обозначается как $\Delta m$. Таким образом, формула принимает вид:

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

В зависимости от знака величины $Q$ различают два типа реакций:

• Если $Q > 0$, то суммарная масса продуктов реакции меньше суммарной массы исходных частиц ($\Delta m > 0$). Реакция называется экзоэнергетической. В ходе такой реакции выделяется энергия, которая переходит в кинетическую энергию продуктов реакции.
• Если $Q < 0$, то суммарная масса продуктов реакции больше суммарной массы исходных частиц ($\Delta m < 0$). Реакция называется эндоэнергетической. Такая реакция идет с поглощением энергии. Чтобы она произошла, начальные частицы должны обладать достаточной кинетической энергией, которая и пойдет на "создание" дополнительной массы.

2. Расчет через энергии связи ядер.

Энергию выхода также можно определить через энергии связи ядер, участвующих в реакции. Энергия связи — это энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны).

Энергия выхода реакции равна разности между суммарной энергией связи всех ядер-продуктов и суммарной энергией связи всех исходных ядер:

$Q = (E_{св,B} + E_{св,b}) - (E_{св,A} + E_{св,a})$

Здесь $E_{св}$ — энергия связи соответствующего ядра. Если в реакции участвуют элементарные частицы (протон, нейтрон, электрон), их энергия связи считается равной нулю. Этот метод является следствием первого, поскольку энергия связи ядра сама по себе определяется его дефектом масс.

Ответ:

Энергию выхода ядерной реакции $Q$ определяют как энергию, эквивалентную изменению суммарной массы покоя частиц в ходе реакции. Она вычисляется по формуле $Q = \Delta m \cdot c^2$, где $\Delta m$ — разница между суммой масс частиц до реакции и суммой масс частиц после реакции (дефект масс реакции), а $c$ — скорость света. Если $Q > 0$, энергия выделяется (экзоэнергетическая реакция), если $Q < 0$ — поглощается (эндоэнергетическая реакция).