Ядерные реакции

В курсе ядерной физики в школе изучается явление взаимного превращения одного вещества в другое. Данные превращения могут быть как спонтанные (радиоактивный распад), так и индуцированные (несколько ядер сталкивают друг с другом). В результате такой реакции получается новые вещества. Для описания таких превращений используют введённую нами форму записи для элементов и организуют их в подобие уравнения:

\displaystyle {}_{{{p}_{1}}}^{z1}{{A}_{1}}+{}_{p2}^{z2}{{A}_{2}}\to {}_{p3}^{z3}{{A}_{3}}+{}_{p4}^{z4}{{A}_{4}} (1)

  • где
    • \displaystyle {{A}_{1}}, \displaystyle {{A}_{2}} — ядра до взаимодействия,
    • \displaystyle {{A}_{3}}, \displaystyle {{A}_{4}} — ядра после взаимодействия,
    • \displaystyle z1 — \displaystyle z4 — количество нуклонов (протонов+нейтронов) в соответствующих атомах,
    • \displaystyle {{p}_{1}} — \displaystyle {{p}_{4}} — количество протонов в соответствующих атомах.

Единственное, чем мы можем пользоваться в таких уравнениях, это простая логика — количество нуклонов и протонов в ходе реакции измениться не должно, таким образом, мы можем получить два уравнения:

\displaystyle z1+z2=z3+z4 (2)

\displaystyle p1+p2=p3+p4 (3)

Такие задачи обычно нацелены на поиск неизвестного элемента, и соотношений (2) — (3) для этого хватает. Находим количество протонов и нейтронов и, используя таблицу Менделеева, определяем нужный элемент.

Пример: пусть ядро азота и ядро гелия, сталкиваясь образуют ядро кислорода и неизвестный элемент. Найти данный элемент. По задаче сформируем уравнение:

\displaystyle {}_{7}^{14}N+{}_{2}^{4}He\to {}_{p}^{z}X+{}_{8}^{17}O (4)

Воспользуемся законом сохранения нуклонов (2) и (3):

  • для нуклонов: \displaystyle 14+4=z+17\Rightarrow z=1
  • для протонов: \displaystyle 7+2=p+8\Rightarrow p=1

Тогда искомый элемент — водород (\displaystyle {}_{1}^{1}H).

Среди элементов, которые текстово могут встретиться в таких задачах, присутствуют:

  • нейтрон — \displaystyle {}_{0}^{1}n,
  • протон — \displaystyle {}_{1}^{1}p, аналогом протона является ядро водорода (\displaystyle {}_{1}^{1}H),
  • дейтерий — \displaystyle {}_{1}^{2}D — ядро водорода (изотоп), которое приобрело дополнительный нейтрон,
  • тритий — \displaystyle {}_{1}^{3}Tr — ядро водорода (изотоп), которое приобрело два дополнительных нейтрона,
  • \displaystyle \alpha — частица (альфа-частица) — ядро гелия — \displaystyle {}_{2}^{4}\alpha ={}_{2}^{4}He,
  • \displaystyle \beta — частица (бетта-частица) — по сути электрон — \displaystyle {}_{-1}^{0}\beta ,
  • \displaystyle \gamma — частица (гамма-частица) — фактический фотон — \displaystyle {}_{0}^{0}\gamma .

Бетта-частица является обычным электроном, однако в ядре электронов нет, тогда электроны из ядра получается в результате ядерной реакции: \displaystyle {}_{0}^{1}n\to {}_{1}^{1}p+{}_{-1}^{0}\beta .

Вывод: задачи на данную тематику практически всегда касаются поиска конкретного элемента в реакции. Поиск осуществляется законом сохранения нуклонов (уравнения (1) и (2)).

Добавить комментарий