Найдите неизвестный элемент ядерной реакции

Задача. Найти неизвестный элемент ядерной реакции. Пример реакции: \displaystyle {}_{{16}}^{{32}}S+{}_{Z}^{A}X\to {}_{{15}}^{{32}}P+{}_{1}^{1}H, остальные реакции будут разобраны в тексте задачи (ибо лень делать страницу для каждой реакции).

Дано:
Реакция

Найти:
Элемент — ?

Решение

Думаем: все вопросы нахождения неизвестного элемента ядерной реакции касаются закона сохранения нуклонного и протонного заряда:

\displaystyle {{z}_{1}}+{{z}_{2}}={{z}_{3}}+{{z}_{4}} (1)

\displaystyle {{p}_{1}}+{{p}_{2}}={{p}_{3}}+{{p}_{4}} (2)

  • \displaystyle {{z}_{1}}-{{z}_{4}} — количество нуклонов (протонов+нейтронов) в соответствующих атомах,
  • \displaystyle {{p}_{1}}-{{p}_{4}} — количество протонов в соответствующих атомах.

Также есть набор элементов, которые могут не записываться без протонного и нуклонного заряда.

Решаем: рассматривая реакцию \displaystyle {}_{{16}}^{{32}}S+{}_{Z}^{A}X\to {}_{{15}}^{{32}}P+{}_{1}^{1}H, исходя из (1) и (2) можем вывести два соотношения.

\displaystyle 32+A=32+1 (3)

\displaystyle 16+Z=15+1 (4)

Считаем: исходя из (3) и (4), получаем:

\displaystyle A=1;              \displaystyle Z=0

Тогда: \displaystyle {}_{0}^{1}X — этот элемент является нейтроном.

Ответ: \displaystyle {}_{0}^{1}n (нейтрон)

Задача 2. Реакция \displaystyle {}_{8}^{{17}}O+d\to {}_{Z}^{A}X+n.

Решаем: в этой задаче дополнительно необходимо «узнать» элементы. В нашей задаче \displaystyle d — дейтерий — «тяжёлый» водород с 1 протоном (всё же водород) и 1 нейтрон. Тогда форма записи: \displaystyle _{1}^{{1+1}}d=_{1}^{2}d. \displaystyle n — нейтрон — элемент с 0 протонов и 1 нейтроном, т.е. \displaystyle {}_{0}^{{0+1}}n={}_{0}^{1}n. Тогда:

\displaystyle {}_{8}^{{17}}O+{}_{1}^{2}d\to {}_{Z}^{A}X+{}_{0}^{1}n

Решаем: исходя из (1) и (2) можем вывести два соотношения.

\displaystyle 17+2=A+1 (5)

\displaystyle 8+1=Z+0 (6)

Считаем: исходя из (5) и (6), получаем:

\displaystyle A=18;              \displaystyle Z=9

Тогда: \displaystyle {}_{9}^{{18}}X — используя таблицу Менделеева, заключаем, что этот элемент — фтор (\displaystyle {}_{9}^{{18}}F)

Ответ: \displaystyle {}_{9}^{{18}}F (фтор).

Задача 3. Реакция \displaystyle {}_{{20}}^{{40}}Ca+\gamma \to {}_{Z}^{A}X+p+n.

Решаем: в этой задаче дополнительно необходимо «узнать» элементы. В нашей задаче \displaystyle \gamma — гамма-квант или фотон света без нейтронов и протонов. Тогда форма записи: \displaystyle {}_{0}^{0}\gamma . \displaystyle p — протон — элемент с 1 протоном и 0 нейтронов, тогда форма записи: \displaystyle {}_{1}^{{1+0}}p={}_{1}^{1}p. \displaystyle n — нейтрон — элемент с 0 протонов и 1 нейтроном, т.е. \displaystyle {}_{0}^{{0+1}}n={}_{0}^{1}n. Тогда:

\displaystyle {}_{{20}}^{{40}}Ca+{}_{0}^{0}\gamma \to {}_{Z}^{A}X+{}_{1}^{1}p+{}_{0}^{1}n

Решаем: исходя из (1) и (2) можем вывести два соотношения.

\displaystyle 40+0=A+1+1 (7)

\displaystyle 20+0=Z+1+0 (8)

Считаем: исходя из (7) и (8), получаем:

\displaystyle A=38;              \displaystyle Z=19

Тогда: \displaystyle {}_{{19}}^{{38}}X — используя таблицу Менделеева, заключаем, что этот элемент — калий (\displaystyle {}_{{19}}^{{38}}K)

Ответ: \displaystyle {}_{{19}}^{{38}}K (калий).

Задача 4. Реакция \displaystyle {}_{4}^{A}X+\alpha \to {}_{Z}^{{12}}Y+n.

Решаем: в этой задаче дополнительно необходимо «узнать» элементы. В нашей задаче \displaystyle \alpha — альфа частица или ядро гелия с 2 протонами и 2 нейтронами. Тогда форма записи: \displaystyle {}_{2}^{{2+2}}\alpha ={}_{2}^{4}\alpha . \displaystyle n — нейтрон — элемент с 0 протонов и 1 нейтроном, т.е. \displaystyle {}_{0}^{{0+1}}n={}_{0}^{1}n. Тогда:

\displaystyle {}_{4}^{A}X+{}_{2}^{4}\alpha \to {}_{Z}^{{12}}Y+{}_{0}^{1}n

Решаем: исходя из (1) и (2) можем вывести два соотношения.

\displaystyle A+4=12+1 (9)

\displaystyle 4+2=Z+0 (10)

Считаем: исходя из (9) и (10), получаем:

\displaystyle A=9;              \displaystyle Z=6

Тогда: \displaystyle {}_{4}^{9}X — используя таблицу Менделеева, заключаем, что этот элемент — бериллий (\displaystyle {}_{4}^{9}Be). \displaystyle {}_{6}^{{12}}Y — используя таблицу Менделеева, заключаем, что этот элемент — углерод (\displaystyle {}_{6}^{{12}}C)

Ответ: \displaystyle {}_{4}^{9}Be (бериллий), \displaystyle {}_{6}^{{12}}C (углерод).

Задача 5. Реакция \displaystyle {}_{{{{Z}_{1}}}}^{{239}}Pu+{}_{{{{Z}_{2}}}}^{A}X\to {}_{{{{z}_{3}}}}^{{242}}Cm+n.

Решаем: в этой задаче дополнительно необходимо «узнать» элементы. В нашей задаче \displaystyle {}_{{{{Z}_{1}}}}^{{239}}Pu — свинец, из таблицы Менделеева находим количество протонов — 94. Тогда форма записи: \displaystyle {}_{{94}}^{{239}}Pu. \displaystyle {}_{{96}}^{{242}}Cm — кюрий, из таблицы Менделеева находим количество протонов — 96. \displaystyle n — нейтрон — элемент с 0 протонов и 1 нейтроном, т.е. \displaystyle {}_{0}^{{0+1}}n={}_{0}^{1}n. Тогда:

\displaystyle {}_{{94}}^{{239}}Pu+{}_{{{{Z}_{2}}}}^{A}X\to {}_{{96}}^{{242}}Cm+{}_{0}^{1}n

Решаем: исходя из (1) и (2) можем вывести два соотношения.

\displaystyle 239+A=242+1 (11)

\displaystyle 94+{{Z}_{2}}=96+0 (12)

Считаем: исходя из (11) и (12), получаем:

\displaystyle A=4;              \displaystyle {{Z}_{2}}=2

Тогда: \displaystyle {}_{2}^{4}X — используя таблицу Менделеева, заключаем, что этот элемент — Гелий (или альфа-частица) (\displaystyle {}_{2}^{4}He).

Ответ: \displaystyle {}_{2}^{4}He (гелий).