Радиоактивность и ядерные реакции

Ядерные реакции. Энергия связи

Пёрышкин «Физика 9», §60–63

Дефект масс

Масса ядра меньше суммы масс входящих в него нуклонов. Недостающая масса и есть мера энергии связи.

E_{\text{св}} = \Delta m \cdot c^2

\Delta m

— дефект масс,

c

— скорость света

Куда девается масса3

Чтобы разобрать ядро на отдельные нуклоны, нужно затратить энергию — её и называют энергией связи.

При сборке ядра ровно эта энергия выделяется, и на неё же «худеет» масса.

Из-за огромного множителя $c^2$ даже ничтожный дефект масс даёт колоссальную энергию — на этом стоит вся ядерная энергетика.

⚗

Опыт в Физлабе

Атом и ядро: дефект масс

Сравни массу собранного ядра с суммой масс нуклонов.

Открыть опыт

Деление и синтез

Энергия выделяется и при делении тяжёлых ядер, и при синтезе лёгких — потому что в обоих случаях получаются ядра с большей энергией связи на нуклон.

Два конца одной кривой3

Удельная энергия связи максимальна у железа. Всё, что тяжелее, выгодно делить; всё, что легче, выгодно сливать.

Деление: нейтрон попадает в ядро урана-235, оно разваливается на осколки и выбрасывает два-три новых нейтрона. Те делят следующие ядра — это цепная реакция.

Синтез: лёгкие ядра сливаются. Так светит Солнце. На Земле управляемый синтез пока не освоен: нужны температуры в миллионы градусов.

⚗

Опыт в Физлабе

Ядерные реакции

Собери реакцию и следи за балансом зарядовых и массовых чисел.

Открыть опыт

Как решать задачу на реакцию

Записать уравнение, уравнять верхние и нижние индексы, найти недостающую частицу.

Порядок действий3

Сумма массовых чисел слева равна сумме справа: это закон сохранения числа нуклонов.

То же для зарядовых чисел: это закон сохранения заряда.

Двух уравнений хватает, чтобы однозначно определить неизвестную частицу — нейтрон ${}^{1}_{0}n$ , протон ${}^{1}_{1}p$ , α-частицу или электрон.

У электрона в ядерной записи заряд −1, а массовое число 0. Забытый минус ломает баланс и уводит ответ к другому элементу.

Разобранные примеры

В реакции

^{9}_{4}\text{Be}+^{4}_{2}\text{He}\to ^{12}_{6}\text{C}+X

определите частицу

X

.разбор

Массовые числа: $9+4=13$ , слева от $X$ уже $12$ , значит у $X$ массовое число $1$ .
Заряды: $4+2=6$ , у углерода $6$ , значит заряд $X$ равен нулю.
Это нейтрон $^{1}_{0}\text{n}$ .

Ответ: нейтрон

Почему масса ядра меньше суммы масс входящих в него частиц?разбор

При соединении нуклонов выделяется энергия связи.
По формуле $E=mc^2$ выделенной энергии соответствует уменьшение массы.
Эта разница называется дефектом масс.

Ответ: из-за дефекта масс

Радиоактивность. Виды излу…