1. Какова отличительная особенность ядерной реакции?
В ядерной реакции изменяется состав атомных ядер, то есть одни элементы превращаются в другие. При этом выделяется или поглощается огромное количество энергии, потому что часть массы превращается в энергию по формуле Эйнштейна E = mc^2.
2. На примере первой ядерной реакции, осуществлённой Резерфордом, покажите, как выполняются законы сохранения электрического заряда и массового числа.
Резерфорд в 1919 году направил альфа-частицы (ядра гелия) на ядра азота, и в результате получился кислород и водород:
4(He) + 14(N) → 17(O) + 1(H)
Проверим законы сохранения:
Массовое число: 4 + 14 = 17 + 1, то есть сумма слева и справа одинаковая. Заряд: у гелия 2, у азота 7, у кислорода 8, у водорода 1, значит, 2 + 7 = 8 + 1. Законы сохранения выполняются, так как общее количество протонов и нейтронов не изменилось.
3. По каким причинам термоядерные реакции могут осуществляться только в плазме?
Для начала термоядерной реакции требуется очень высокая температура (миллионы градусов), чтобы преодолеть электростатическое отталкивание ядер (кулоновский барьер). В таких условиях вещество существует в состоянии плазмы — ионизированного газа, где электроны отделены от ядер, что делает возможным слияние лёгких атомных ядер.
4. Какие из реакций — деления тяжёлых ядер или синтез лёгких — являются энергетически более выгодными в практических целях?
Реакции синтеза лёгких ядер выделяют больше энергии на единицу массы вещества по сравнению с делением тяжёлых ядер. Однако управление ими сложнее из-за необходимости экстремально высоких температур и давления. Поэтому на практике пока используются в основном реакции деления (например, в атомных электростанциях), а термоядерные реакторы ещё находятся в стадии разработки.