Номер 1, страница 241 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

1. Что называют делением ядра? В чем заключаются особенности этого процесса?

Что называют делением ядра?

Делением атомного ядра называют процесс расщепления тяжелого атомного ядра (например, урана или плутония) на два (реже три) более легких ядра, которые называют осколками деления. Этот процесс может быть как самопроизвольным (спонтанным), что характерно для сверхтяжелых элементов, так и вынужденным, то есть инициированным попаданием в ядро какой-либо частицы, чаще всего нейтрона.

При захвате нейтрона ядро переходит в возбужденное состояние, его колебания становятся настолько сильными, что оно деформируется, вытягивается, и кулоновские силы отталкивания между протонами разрывают его на части. Классическим примером является деление ядра урана-235 при поглощении им теплового (медленного) нейтрона:

$_{0}^{1}n + _{92}^{235}U \rightarrow _{92}^{236}U^* \rightarrow X + Y + k \cdot _{0}^{1}n + \gamma$

Здесь $_{92}^{236}U^*$ — возбужденное ядро урана-236; $X$ и $Y$ — осколки деления (например, ядра бария $_{56}^{141}Ba$ и криптона $_{36}^{92}Kr$); $k$ — количество вторичных нейтронов (обычно 2 или 3); $\gamma$ — гамма-излучение.

Ответ: Деление ядра — это ядерная реакция распада тяжелого атомного ядра на два или более легких ядра (осколков), сопровождающаяся выделением энергии и других частиц.

В чем заключаются особенности этого процесса?

Процесс деления тяжелых ядер имеет несколько ключевых особенностей, которые определяют его значимость и применение:

1. Выделение огромного количества энергии. Удельная энергия связи нуклонов в ядрах-осколках больше, чем в исходном тяжелом ядре. Это означает, что суммарная масса покоя продуктов деления (осколков и нейтронов) меньше массы исходного ядра и поглощенного им нейтрона. Эта разница масс (дефект масс $\Delta m$) переходит в энергию согласно знаменитому соотношению Эйнштейна $E = \Delta m c^2$, где $c$ — скорость света. При делении одного ядра урана-235 выделяется около 200 МэВ энергии, что в миллионы раз превышает энергию химических реакций.

2. Испускание вторичных нейтронов. При каждом акте деления, помимо осколков, испускается от 2 до 3 свободных нейтронов. Эти нейтроны имеют достаточную энергию, чтобы, в свою очередь, вызвать деление других тяжелых ядер.

3. Возможность цепной реакции. Благодаря испусканию вторичных нейтронов становится возможной самоподдерживающаяся цепная реакция деления. Если каждый нейтрон, рожденный в результате деления, вызовет хотя бы одно новое деление, то процесс будет продолжаться лавинообразно. Эта особенность лежит в основе работы ядерных реакторов (управляемая цепная реакция) и создания ядерного оружия (неуправляемая цепная реакция).

4. Радиоактивность продуктов деления. Образующиеся осколки деления, как правило, сильно перегружены нейтронами и являются нестабильными (радиоактивными). Они претерпевают цепочку последовательных бета-распадов, испуская электроны и антинейтрино, пока не превратятся в стабильные изотопы. Этот процесс также сопровождается выделением энергии и является источником остаточного тепловыделения в отработавшем ядерном топливе.

Ответ: Главные особенности деления ядра — это выделение колоссальной энергии, испускание нескольких вторичных нейтронов, возможность осуществления цепной реакции и образование радиоактивных осколков.