تغطي هذه الورقة موضوعات مختارة من المستوى العادي للمادة الأولى التي تم تقييمها في 2025؛ وهي لا تمثل المنهج الكامل.
المؤهلات السابقة: قراءة الكميات والوحدات المحددة، واستخدام العمليات الحسابية وشروط النموذج أدناه.
الأمثلة أصيلة ومخترعة: فهي ليست قياسات حقيقية أو تحقيقات طلابية فعلية.
18.2
الانشطار: الحفاظ على الشحنة والنوكليونات، وحساب الطاقة
ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟
نيوترون يمكن أن يحفز نواة ثقيلة على الانشطار، مما يحرر طاقة ونيوترونات إضافية. هل تصبح العملية تفاعلاً متسلسلاً يعتمد على ما يحدث لتلك النيوترونات.
بنِ النموذج
في الانشطار Nuclear fission ينقسم نواة ثقيلة إلى نوى أخف.
يتوازن عدد البروتونات وعدد النوكليونات في المعادلة النووية.
يمكن أن تقل الكتلة الساكنة الكلية؛ والفرق يقابله الطاقة المنطلقة عبر E = Δmc².
انشطار Fission: انقسام نواة ثقيلة إلى نوى أخف.
تفاعل متسلسل Chain reaction: تسلسل تتسبب فيه النواتج في أحداث إضافية.
نيوترون يدخل، ومنتجان وخارجان أو ثلاثة نيوترونات، مع إطلاق الطاقة
اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج
افصل بين حفظ عدد النوكليونات وحفظ الطاقة الكلية.
النيوترونات المنطلقة قد تُشعل انشقاقات إضافية، أو تهرب، أو تمتص.
المفاعل المُتحكَم والتفاعل المتسلسل غير المُتحكَم لهما ظروف مختلفة لإدارة النيوترونات.
في المختبر: توازن معادلة نووية معطاة، واستخدم بيانات الكتلة المحددة وحدد النظام. حلل نماذج أو بيانات مفاعلات منشورة؛ هذا ليس محاولة مدرسية لإنتاج الانشطار أو التعامل مع مواد المفاعل.
انخفاض كتلة قدره 2.0×10⁻²⁸ كجم يقابله طاقة 1.8×10⁻¹¹ جول باستخدام c=3.0×10⁸ م/ث.
دورك: نواة U-235 بالإضافة إلى نيوترون واحد تنتج شظايا بأعداد كتل 141 و92. كم عدد النيوترونات التي توازن المعادلة؟
تحقق من الاستنتاج وحدوده
العدد الكتلي ليس كتبة دقيقة بوحدة الكيلوجرام.
مجرد علامات أعداد صحيحة متوازنة لا تحسب الطاقة المنبعثة.
التحلل الإشعاعي والانقسام النووي المحفز بالنيوترون ليسا وصفين قابلين للتبديل.
غير صحيح: معادلة توازن عدد النوكليونات وحدها لا تعطي قيمة الطاقة المنبعثة بالجول. إن العلامات الصحيحة للكتلة والشحنة تتحقق فقط من مبدأ الحفظ؛ ولا تعطي أي معلومات عن الطاقة. تأتي الطاقة المنبعثة من الانخفاض الطفيف في الكتلة الفعلية عبر العلاقة E = mc^2، مما يتطلب قياسات كتلية حقيقية وليس أرقاماً كتلية.
المفتاح:
في الانقسام النووي تنقسم نواة ثقيلة إلى نوى أخف.
افصل بين حفظ عدد النوكليونات وحفظ الطاقة الكلية.
انتبه: العدد الكتلي ليس كتبة دقيقة بوحدة الكيلوجرام.
اكتب من 2 نيوترونات متوازنة
نواة U-235 بالإضافة إلى نيوترون واحد تنتج كسوراً بأرقام كتل 140 و94.
حدد عدد النيوترونات اللازمة لتوازن عدد النوكليونات. هذا العدد ليس هو قيمة الطاقة المنبعثة بالجول.
اكتب من التحقق المحفوظ
يمتص U-235 نيوترونًا: Xe-140 + Sr-94 + نيوترونين.
النويات: 236 = 140 + 94 + 2. البروتونات: 92 = 54 + 38. يجب أن يتحقق كلا الموازنات — إذا فشل أحدهما، فإن المعادلة خاطئة.
اكتب من اتجاه عجز الكتلة
تُوزن نواتج الانشطار مقابل المتفاعلات.
كتلة النواتج أَقل: يظهر الكتلة المفقودة كطاقة عبر E = Δmc²، لأن طاقة الربط لكل نووية تزداد نحو الحديد.
استكشف
Balance integer labels; use mass data for energy
U-235 plus one neutron has 236 nucleons and 92 protons. Test the Ba-141, Kr-92 and three-neutron products, then calculate 1.8 × 10⁻¹¹ J from the separately stated mass decrease of 2.0 × 10⁻²⁸ kg.
