| English | 의미 |
|---|---|
| nuclear fusion/ˈnjuːklɪə ˈfjuːʒn/ | 핵융합 |
| nuclear fission/ˈnjuːklɪə ˈfɪʃn/ | 핵분열 |
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | 운동 에너지 |
| electrostatic/ɪˌlektrəʊˈstætɪk/ | 정전기 |
| strong nuclear force/strɒŋ ˈnjuːklɪə fɔːs/ | 강력 |
| chain reaction/tʃeɪn rɪˈækʃn/ | 연쇄반응 |
| critical mass/ˈkrɪtɪkl mæs/ | 임계 질량 |
Two opposite processes, one rule
- Joining two tiny nuclei releases energy. Splitting one enormous nucleus releases energy. Those sound like contradictory statements.
- They are not, because both are the same move: climbing the binding-energy-per-nucleon curve towards its peak.
- A nucleus already sitting at the peak, iron-56, can release energy by neither process. That is where a star's fusion stops.
- This lesson is nuclear fusion 核聚变, nuclear fission 核裂变, and how to calculate what they give out.
Both arrows point at iron
Why moving towards the peak releases energy
- On the curve, a higher position means each nucleon is more tightly bound.
- In both processes the products lie higher than the reactants, so the total binding energy increases.
- That extra binding energy is released, as the kinetic energy of the products and as photons.
- Equivalently, the total mass of the products is less than that of the reactants, by exactly $\Delta E/c^2$. Those are two descriptions of one event, and an answer wants both.
원자핵 분열 chain reaction
중성자가 무거운 nucleus를 쪼개어 에너지와 더 많은 neutrons를放出하는데, 이들이 더 많은 nuclei를 쪼깁니다.
원자핵이 다음으로 이동할 때 에너지가 방출됩니다:
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
철(Fe) 곡선 toward B/A 곡선을 따라 올라가는 것은 생성물이 더 단단히 결합되어 있음을 의미하므로, 에너지가 방출됩니다.
융합과 분열이 모두 에너지를 방출하는 이유에 대한 설명을 순서대로 나열하십시오.
난이도 3/5 · 200 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
질량 감소와 결합 에너지 증가는 같은 현상을 두 가지 방식으로 서술한 것입니다. 완전한 답안은 이 둘을 모두 포함해야 합니다.
철-56 nucleus는 융합이나 분열 중 어느的一方으로든 에너지를 방출할 수 있습니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
이것은 꼭대기에 위치하므로, 모든 변화는 곡선을 아래로 내려가며 에너지를 공급받아야 합니다. 이것이 별 내부의 융합이 철에서 멈추는 이유입니다.
Fusion
- Fusion joins two light nuclei into one heavier nucleus:
- The product has greater binding energy per nucleon than the reactants, so energy comes out. This is what powers every star.
- It needs millions of kelvin, and the reason is specific: the nuclei are both positive, so they must have enough kinetic energy 动能 to overcome their electrostatic 静电 repulsion and get close enough for the strong nuclear force 强核力 to take over.
- "It needs high temperature" alone is half an answer. Name the repulsion being beaten and the force taking over.
융합은 원자핵 사이의 정전기적 반발력을 극복하기 위해 매우 높은 온도가 필요합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
원자핵들이 반발에도 불구하고 strong force가 작용할 수 있을 만큼 가까이 approaches해야 하므로, 이는 별의 수백만 kelvin温度的原因입니다.
왜 융합에는 수백만 kelvin이 필요합니까? 모든 applicable option을 선택하십시오.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
"높은 온도가 필요하다"는 답변의 절반일 뿐입니다. 이겨지는 정전기적 반발력과 dominantly acting 되는 strong nuclear force를 명시하십시오.
Fission
- Fission splits a heavy nucleus into two lighter ones, usually after it absorbs a neutron:
- The products sit higher on the curve than uranium-235, so energy is released.
- The extra neutrons can trigger further fissions: a chain reaction 链式反应, which sustains itself only in a large enough mass of fuel, the critical mass 临界质量.
- Below the critical mass too many neutrons escape from the surface before finding a nucleus, and the reaction dies out.
One neutron in, three out
분열에서 방출되는 여분의 neutrons는 ____ 반응을 유발할 수 있습니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
각 분열은 더 많은 분열을 일으키는 neutrons를放出하며, 이는 연료의 critical mass 내에서 chain reaction을 형성합니다.
지속 가능한 chain reaction은 연료의 critical mass이 필요합니다.
난이도 1/5 · 100 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
critical mass 미만에서는 너무 많은 neutrons가 탈출하여 반응이 꺼집니다.
The marked contrast
- Fission: a heavy nucleus, large $A$, splits into two lighter nuclei of roughly similar mass, usually after absorbing a neutron, and releases further neutrons.
- Fusion: two light nuclei, small $A$, join into one heavier nucleus, and it needs very high temperature and pressure to overcome the electrostatic repulsion.
- Both release energy, but per kilogram of fuel, fusion releases more.
- Write the contrast in matched pairs: heavy against light, splits against joins, absorbs a neutron against needs high temperature. A list of facts about only one of them scores half.
각 process를 그것이 하는 일에 매칭하십시오.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
둘 다 철 꼭대기 toward 이동하므로, 둘 다 에너지를 방출할 수 있습니다.
각 feature를 그것이 설명하는 process에 매칭하십시오.
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
매칭된 쌍으로 대조점을 쓰십시오. 오직 한 process에 대한 사실 목록만 나열하면 점수의 절반만 받습니다.
Worked example: energy from a mass change
- In a nuclear reaction the total mass decreases by $0.020\ \text{u}$. Find the energy released.
- $\Delta E = \Delta m\,(\text{u}) \times 931 = 0.020 \times 931 = 19\ \text{MeV}$.
- The recipe is always the same four moves: total mass of reactants, total mass of products, $\Delta m = m_{\text{reactants}} - m_{\text{products}}$, then $\Delta E = c^2\Delta m$.
- A positive $\Delta m$ means energy is released. If you get a negative answer you have subtracted the wrong way round, not discovered a reaction that absorbs energy.
반응의 질량 변화는 $0.020\ \text{u}$입니다. MeV 단위로 얼마나 많은 에너지가 방출되었습니까?
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
$\Delta E = \Delta m\,(\text{u}) \times 931 = 0.020 \times 931 \approx 18.6\ \text{MeV}$.
Worked example: fusing two deuterium nuclei
- The mass defect of $^{2}_{1}\text{H}$ is $0.002388\ \text{u}$ and that of $^{4}_{2}\text{He}$ is $0.030377\ \text{u}$. Find the energy released when two deuterium nuclei fuse into one helium-4 nucleus.
- Work with binding energies, since mass defects are given. Before: $2 \times 0.002388 = 0.004776\ \text{u}$ of defect. After: $0.030377\ \text{u}$.
- The defect has increased by $0.030377 - 0.004776 = 0.025601\ \text{u}$, and an increase in mass defect is energy given out.
- $\Delta E = 0.025601 \times 931 = 23.8\ \text{MeV}$.
- Note the shape of it: you may work either from the masses of the nuclei or from their mass defects, but never mix the two in one sum.
두 개의 중수소 핵(각각 질량 결손 0.002388 u)이 헬륨-4(질량 결손 0.030377 u)로 융합할 때,释放되는 에너지를 MeV 단위로 구하십시오. (931 MeV per u 사용.)
난이도 2/5 · 140 코인 + 오늘 첫 완료 시 소액 보너스
질량 결함은 0.030377 - 2(0.002388) = 0.025601 u만큼 증가하며, 결함의 증가는 에너지 방출을 의미합니다: 23.8 MeV. 질량 또는 결함 중 하나로부터 계산하고, 두 가지를 섞어서는 안 됩니다.
Marks that slip away
- Explaining the energy release needs the curve: the products are higher, so the total binding energy increases and mass is lost.
- For fusion, name what the temperature is for: overcoming electrostatic repulsion so the strong nuclear force can act.
- A chain reaction needs a critical mass, otherwise too many neutrons escape.
- Fission usually absorbs a neutron first and releases more. Say how many if the equation shows them.
- Iron-56 releases energy by neither process. That is a fact worth a mark, and it is the reason stellar fusion stops there.
You've got it
- energy is released whenever nuclei move towards the iron peak, because the products are more tightly bound and the total mass falls by $\Delta E/c^2$
- fusion joins two light nuclei and needs millions of kelvin so the nuclei can beat their electrostatic repulsion and let the strong nuclear force act
- fission splits a heavy nucleus after absorbing a neutron, releasing more neutrons that can sustain a chain reaction above the critical mass
- to find the energy: total reactant mass, total product mass, $\Delta m$, then $\Delta E = c^2\Delta m$, or $\Delta m\,(\text{u}) \times 931$ in MeV