Ядерные реакции

Содержание и основные понятия

В ядерной реакции меняется состав ядер, а разность энергий связи проявляется как выделение или поглощение энергии. Малому дефекту массы соответствует большая энергия.
ФГОС · 9 класс
ФОП · базовый уровень
интерактивная модель
энергия связи
дефект массы
деление
синтез
цепная реакция
01
Физическая картина
Что происходит и какие границы имеет модель.
Главная идея
В ядерной реакции меняется состав ядер, а разность энергий связи проявляется как выделение или поглощение энергии. Малому дефекту массы соответствует большая энергия.
В уравнениях реакции сохраняются электрический заряд и число нуклонов.
Деление тяжёлых ядер может поддерживать цепную реакцию.
Синтез лёгких ядер питает звёзды, но на Земле требует очень высокой температуры плазмы.
Как рассуждать
Сначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.
02
Законы и величины
Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.
E
=
Δ
m
c
2
E=\Delta m\,c^2
E
=
Δ
m
c
2
энергия дефекта массы
∑
Z
до
=
∑
Z
после
,
∑
A
до
=
∑
A
после
\sum Z_{\text{до}}=\sum Z_{\text{после}},\quad \sum A_{\text{до}}=\sum A_{\text{после}}
∑
Z
до
​
=
∑
Z
после
​
,
∑
A
до
​
=
∑
A
после
​
баланс реакции
Разбор ситуации
Потеря массы всего 1 мг соответствует энергии около 9·10¹⁰ Дж, если масса полностью превращается в энергию.
04
Связи и применение
В реальном мире
Потеря массы всего 1 мг соответствует энергии около 9·10¹⁰ Дж, если масса полностью превращается в энергию.
Проверка модели
Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.
Ц
Что нужно понимать
Результат 1
Объяснять физический смысл темы «Ядерные реакции» через модель, а не только через формулу.
Результат 2
Различать и корректно использовать термины: энергия связи, дефект массы, деление.
Результат 3
Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.
Т
Термины темы
Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.
энергия связи
Энергия, необходимая для полного разделения связанной системы на свободные части.
дефект массы
Разность суммы масс свободных составляющих и массы связанной системы.
деление
Ядерная реакция распада тяжёлого ядра на более лёгкие фрагменты с выделением энергии и нейтронов.
синтез
Ядерная реакция объединения лёгких ядер в более тяжёлое с возможным выделением энергии.
цепная реакция
Самоподдерживающийся процесс деления, в котором продукты предыдущего акта вызывают последующие акты.
Ф
Происхождение и вывод формул
Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.
E
=
Δ
m
c
2
E=\Delta m\,c^2
E
=
Δ
m
c
2
следствие модели
Энергия дефекта массы.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
Δ
m
=
Z
m
p
+
N
m
n
−
m
ядра
\Delta m=Zm_p+Nm_n-m_{\text{ядра}}
Δ
m
=
Z
m
p
​
+
N
m
n
​
−
m
ядра
​
Дефект массы находят как разность суммы масс свободных нуклонов и массы связанного ядра.
E
0
=
m
c
2
E_0=mc^2
E
0
​
=
m
c
2
Релятивистская модель связывает массе покоя системы соответствующую энергию покоя.
E
св
=
(
m
свобод
−
m
ядра
)
c
2
=
Δ
m
c
2
E_{\text{св}}=(m_{\text{свобод}}-m_{\text{ядра}})c^2=\Delta m\,c^2
E
св
​
=
(
m
свобод
​
−
m
ядра
​
)
c
2
=
Δ
m
c
2
Разность энергий покоя свободных и связанных нуклонов равна энергии связи ядра.
Условия:
Дефект массы и энергия относятся к одним и тем же начальным и конечным состояниям; массы покоя выражены согласованно, c — скорость света в вакууме.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
∑
Z
до
=
∑
Z
после
,
∑
A
до
=
∑
A
после
\sum Z_{\text{до}}=\sum Z_{\text{после}},\quad \sum A_{\text{до}}=\sum A_{\text{после}}
∑
Z
до
​
=
∑
Z
после
​
,
∑
A
до
​
=
∑
A
после
​
эмпирический закон
Баланс реакции.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
Q
до
=
e
∑
Z
до
,
Q
после
=
e
∑
Z
после
Q_{\text{до}}=e\sum Z_{\text{до}},\quad Q_{\text{после}}=e\sum Z_{\text{после}}
Q
до
​
=
e
∑
Z
до
​
,
Q
после
​
=
e
∑
Z
после
​
Сохранение электрического заряда требует равенства суммарных зарядовых чисел участников реакции.
N
нуклонов,до
=
∑
A
до
,
N
нуклонов,после
=
∑
A
после
N_{\text{нуклонов,до}}=\sum A_{\text{до}},\quad N_{\text{нуклонов,после}}=\sum A_{\text{после}}
N
нуклонов
,
до
​
=
∑
A
до
​
,
N
нуклонов
,
после
​
=
∑
A
после
​
В школьной записи ядерных реакций сохраняется общее число нуклонов, поэтому балансируют массовые числа.
∑
Z
до
=
∑
Z
после
,
∑
A
до
=
∑
A
после
\sum Z_{\text{до}}=\sum Z_{\text{после}},\quad \sum A_{\text{до}}=\sum A_{\text{после}}
∑
Z
до
​
=
∑
Z
после
​
,
∑
A
до
​
=
∑
A
после
​
Оба правила выражают экспериментально установленные законы сохранения и позволяют найти неизвестный продукт реакции.
Условия:
Ядерная реакция в школьной нуклидной записи; учитываются все ядра и испущенные нуклоны, а для β-распадов также частицы, несущие заряд.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
!
Границы модели и типичные ошибки
Ошибка: забыть условие модели
Нельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: В уравнениях реакции сохраняются электрический заряд и число нуклонов.
Как проверить рассуждение
Деление тяжёлых ядер может поддерживать цепную реакцию. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.
Σ
Вывод по теме
Ядерные реакции
В ядерной реакции меняется состав ядер, а разность энергий связи проявляется как выделение или поглощение энергии. Малому дефекту массы соответствует большая энергия.
В уравнениях реакции сохраняются электрический заряд и число нуклонов.
Деление тяжёлых ядер может поддерживать цепную реакцию.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.
Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.