Уравнение реакции по шагам
Выбирай готовый пример и раскрывай подсчёт массовых чисел и зарядов.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Три известных канала. Совпадение A и заряда необходимо, но не является самостоятельным доказательством энергетической возможности.
Что превращается
Ядерная реакция изменяет состав или состояние атомных ядер при взаимодействии с частицами или другими ядрами. Она отличается от химической реакции, где прежде всего перестраиваются электронные связи, а ядра обычно сохраняются.
Запись X + a → Y + b показывает исходные частицы и продукты. Это не всегда буквальная последовательность мгновенных столкновений: может образовываться промежуточное возбуждённое ядро. Запись должна согласоваться с законами сохранения.
Химическая реакция
Перестройка электронных связей
Ядерная реакция
Изменение ядра или его состояния
Ядерные превращения определяются изменением ядра, а не просто нагревом или свечением вещества.
Является ли ионизация атома ядерной реакцией?
Обычное удаление электрона меняет оболочку и заряд атома, но не состав ядра, поэтому само по себе не является ядерной реакцией.
Баланс A и заряда
В обычных низкоэнергетических ядерных реакциях сумма массовых чисел нуклонов слева и справа одинакова. Сохраняется также полный электрический заряд. Для ядра заряд в единицах e равен Z; для электрона −1, позитрона +1, нейтрона 0.
Пример: ¹⁴₇N + ⁴₂He → ¹⁷₈O + ¹₁p. Суммы A: 14 + 4 = 17 + 1 = 18. Суммы зарядов: 7 + 2 = 8 + 1 = 9. Эти проверки необходимы, но ещё не доказывают энергетическую возможность реакции.
Нуклоны
ΣAдо = ΣAпосле
Заряд
Σqдо = Σqпосле
Пример зарядов
7 + 2 = 8 + 1
Баланс массовых чисел не равнозначен сохранению суммы масс покоя.
Почему в реакции могут измениться массы при сохранении A?
Масса связанного ядра включает энергию связи, поэтому одинаковое число нуклонов может иметь разную суммарную массу покоя.
Схема цепной реакции деления
Схема показывает возможность продолжения цепи нейтронами. Реальные продукты, потери нейтронов и частоты событий требуют отдельного учёта.
User:Fastfission · Public domain · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Схема кулоновского рассеяния альфа-частицы
Сильное кулоновское рассеяние объясняет редкие большие отклонения альфа-частиц. Размеры ядра и линии траектории на рисунке условны.
Kurzon · CC BY 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Энергия и импульс
Полная энергия и полный импульс сохраняются. Энергетический выход Q = (Σmисх − Σmпрод)c² при согласованном учёте частиц. При Q > 0 разность энергий покоя переходит в кинетическую энергию и излучение. При Q < 0 требуется подвести энергию.
Из-за сохранения импульса порог реакции с неподвижной мишенью может превышать модуль Q: не вся подведённая энергия доступна для изменения внутреннего состояния. В школьном балансе важно не смешивать массы голых ядер и нейтральных атомов без учёта электронов.
Проверить частицы
Учесть все продукты
Сравнить массы
Определить знак Q
Проверить полный баланс
Энергия вместе с импульсом
Для физически возможной реакции недостаточно уравнять только A и заряд.
Почему нельзя считать всякую формально уравненную запись реально происходящей?
Нужны энергетическая возможность, соблюдение других законов сохранения и ненулевая вероятность процесса при данных условиях.
Модель трёх реакций
Модель последовательно раскрывает исходные частицы, продукты и обе суммы. В реакции ⁹₄Be + ⁴₂He → ¹²₆C + ¹₀n суммы A равны 13, суммы зарядов 6. В реакции ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n суммы A равны 5, зарядов 2.
Это объясняющее разложение уже известных записей. Число нейтронов отдельных ядер может изменяться; сохраняется общий баланс нуклонов для данных реакций. Значение Q модель здесь не выводит из одних массовых чисел, потому что для него нужны реальные массы.
Разобрать левую часть
Сложить A и заряды
Разобрать правую часть
Повторить тот же подсчёт
Сопоставить суммы
Отделить счёт от энергетики
Массовые числа позволяют проверить нуклонный баланс, но не вычислить энергию реакции.
Можно ли взять Q = (Aдо − Aпосле)c²?
Нет. A — безразмерное число нуклонов, а в формуле Q нужна разность масс в согласованных единицах.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 36. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 36. Ядерные реакции.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.