§2.7 Ядерная физика

При решении задач данного раздела необходимо обращаться к периодической системе элементов Д. И. Менделеева и использовать символ ядра (как нейтрального атома) в виде , гдеХ – символ химического элемента, z – атомный номер (число протонов в ядре), А – массовое число (число нуклонов в атоме).

Массы ядер или нейтральных атомов и элементарных частиц, а также периоды полураспадов радиоактивных изотопов находят в соответствующих таблицах.

При расчетах наряду с единицами СИ широко используются и внесистемные единицы, представленные в таблице (см. приложение).

ЗАДАЧА №2.57 Масса ядра меньше, чем масса нуклонов, из которых оно синтезируется. Нет ли здесь нарушения закона сохранения массы?

Ответ. Нарушения нет. При синтезе нуклонов в ядро выделяется энергия Е = Е_св. Согласно теории относительности с этой энергией должна быть связана некоторая масса, Закон сохранения массы принимает вид,откудаm _ядра < m _нукл.

ЗАДАЧА №2.58 В атомном ядре нуклоны (протоны и нейтроны) сосуществуют равноправно. В свободном же состоянии протон стабилен, а нейтрон быстро распадается. Почему?

Ответ. В ядре между нейтронами и протонами осуществляются равноправные виртуальные процессы взаимного превращения посредством π мезонов P В свободном же состоянии масса нейтрона больше массы протона, поэтому реакция распада нейтрона протекает без затруднений, так как идет с выделением энергии, а противоположная (без дополнительной энергии)невозможна по энергетическим соображениям.

ЗАДАЧА №2.59 Сосуд, из которого был выкачан воздух, наполнили азотом . При облучении сосудаα-частицами (ядрами атома гелия ) в сосуде появился кислороди какие-то частицы. Откуда в сосуде взялся кислород? Какие частицы появились в сосуде после облучения? Напишите уравнение реакции.

Ответ. При облучении азота α-частицами происходит ядерная реакция, которая в соответствие с законами сохранения заряда и массового числа будет следующей

.

Таким образом, в результате появляется кислород и протоны – ядра атома водорода.

ЗАДАЧА №2.60 Почему для реакции синтеза ядер требуется очень высокая температура?

Ответ. При осуществлении синтеза ядер необходимо эти ядра сблизить на расстояние порядка 10^-14 м, когда начинают действовать ядерные силы. Но для такого сближения необходимо преодолеть силы электрического отталкивания между положительно заряженными ядрами, что возможно при очень большой кинетической энергии ядер, а этому будет соответствовать очень высокая температура (~10⁹ К).

ЗАДАЧА №2.61 Электрон при встрече с позитроном активно «реагирует» с ним, и они превращаются в γ-кванты. Однако такого процесса никогда не происходит при встрече электрона с электроном или позитроном. Какой фундаментальный закон запрещает такие превращения?

Ответ. Такие превращения запрещает закон сохранения электрического заряда.

ЗАДАЧА №2.62 Какую наименьшую энергию Е_св нужно затратить, чтобы разделить на нуклоны ядра и? Почему для ядра бериллия эта энергия меньше, чем для ядра лития?

Дано: m_Li = 7,01601 а.е.м.;

m_Be = 7,01693 а.е.м.;

m_n = 1 ,00867 а.е.м.;

m_H = 1,00783 а.е.м.

Найти: Е_св - ?