Что нужно знать
Ядерная реакция — это процесс превращения атомных ядер при их взаимодействии с другими ядрами или частицами. В результате ядерной реакции могут образовываться новые ядра и выделяться или поглощаться энергия. Для записи реакций используют символы химических элементов и обозначения частиц: протон — ¹₁p, нейтрон — ¹₀n, электрон — ⁰₋₁e. При записи ядерных реакций соблюдаются два закона сохранения: сумма массовых чисел и сумма зарядовых чисел до реакции равны соответствующим суммам после реакции. Массовое число A показывает общее количество протонов и нейтронов в ядре, а зарядовое число Z — количество протонов. При делении тяжёлого ядра оно распадается на более лёгкие ядра, при этом обычно выделяются нейтроны и энергия; этот процесс используется на атомных электростанциях. При термоядерном синтезе лёгкие ядра объединяются в более тяжёлое ядро с выделением энергии. Энергия в ядерных реакциях измеряется в джоулях (Дж), а также часто в электронвольтах (эВ); 1 эВ = 1,6 · 10⁻¹⁹ Дж. Типичная ошибка учеников — считать, что при ядерной реакции сохраняется число атомов каждого химического элемента, хотя на самом деле необходимо проверять сохранение массовых и зарядовых чисел.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют ядерной реакцией?
- Превращение атомных ядер при их взаимодействии с другими ядрами или частицами
- Изменение положения электронов вокруг ядра без изменения самого ядра
- Соединение атомов в молекулы без изменения их ядер
- Изменение агрегатного состояния вещества при нагревании
При ядерной реакции изменяется состав или состояние атомных ядер, в результате чего могут образоваться новые ядра и выделиться энергия.
2. Какие величины должны сохраняться при записи ядерной реакции?
- Только сумма зарядовых чисел
- Сумма массовых чисел и сумма зарядовых чисел
- Количество атомов каждого химического элемента
- Только сумма массовых чисел
В ядерной реакции сумма массовых чисел A и сумма зарядовых чисел Z всех частиц до реакции должны равняться соответствующим суммам после реакции.
3. Как обозначается нейтрон в записи ядерной реакции?
Нейтрон имеет массовое число 1 и зарядовое число 0. Поэтому его обозначение — ¹₀n.
4. Что происходит при делении тяжёлого атомного ядра?
- Два лёгких ядра объединяются в одно тяжёлое
- Ядро превращается в электронную оболочку
- Все протоны ядра превращаются в нейтроны
- Тяжёлое ядро распадается на более лёгкие ядра с выделением энергии
При делении тяжёлого ядра образуются более лёгкие ядра, часто несколько нейтронов и выделяется энергия. Это явление используется в ядерных реакторах.
5. Какой процесс лежит в основе получения энергии на атомных электростанциях?
- Деление тяжёлых атомных ядер
- Испарение воды под действием солнечного света
- Химическое сгорание урана
- Соединение электронов с протонами в атомах
В ядерном реакторе происходит управляемое деление тяжёлых ядер, например ядер урана. Выделяющаяся энергия используется для нагрева теплоносителя и получения электричества.
6. Что называют термоядерным синтезом?
- Превращение нейтронов в электроны без участия ядер
- Объединение лёгких атомных ядер в более тяжёлое ядро
- Разделение тяжёлого ядра на два лёгких
- Изменение химических свойств вещества при охлаждении
При термоядерном синтезе лёгкие ядра объединяются, образуя более тяжёлое ядро. Такой процесс происходит, например, внутри Солнца.
7. Какова единица измерения энергии в Международной системе единиц (СИ)?
- Ньютон (Н)
- Ватт (Вт)
- Джоуль (Дж)
- Кулон (Кл)
Энергия, в том числе энергия, выделяемая при ядерных реакциях, в системе СИ измеряется в джоулях.
8. В реакции ¹₁H + ¹₀n → ²₁H образуется ядро дейтерия. Чему равно массовое число образовавшегося ядра?
По закону сохранения массового числа: A = 1 + 1 = 2. Следовательно, массовое число ядра дейтерия равно 2.
9. В ядерной реакции ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + X определите массовое число неизвестной частицы X.
По закону сохранения массового числа: 14 + 4 = 17 + A(X). Получаем A(X) = 1.
10. В реакции ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + X определите массовое число частицы X.
По закону сохранения массового числа: 235 + 1 = 141 + 92 + A(X). Следовательно, A(X) = 236 − 233 = 3. Частица X состоит из трёх нейтронов.
11. В реакции ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + X определите зарядовое число неизвестной частицы X.
По закону сохранения зарядового числа: 7 + 2 = 8 + Z(X). Отсюда Z(X) = 1. Неизвестная частица — протон.
12. При ядерной реакции выделилось 3,2 · 10⁻¹³ Дж энергии. Чему равна эта энергия в электронвольтах, если 1 эВ = 1,6 · 10⁻¹⁹ Дж?
- 5 · 10⁶ эВ
- 2 · 10⁷ эВ
- 2 · 10⁵ эВ
- 2 · 10⁶ эВ
Переведём джоули в электронвольты: E = 3,2 · 10⁻¹³ / (1,6 · 10⁻¹⁹) = 2 · 10⁶ эВ.