Перейти к содержанию

E.4 · Деление ядер

International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · HL · Тема 23

23.1

Область применения и требования

Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

23.2

Деление: сохраняйте заряд и нуклоны, учитывайте энергию

Что могло бы объяснить это наблюдение?

  • Нейтрон может вызвать расщепление тяжелого ядра с выделением энергии и дальнейших нейтронов. То, станет ли процесс цепной реакцией, зависит от того, что происходит с этими нейтронами.

Постройте модель

  • При ядерном делении тяжёлое ядро распадается на более лёгкие ядра.
  • Зарядовое число и массовое число сохраняются в ядерном уравнении.
  • Суммарная масса покоя может уменьшиться; разница соответствует выделенной энергии согласно формуле E = Δmc².
  • Деление: расщепление тяжёлого ядра на более лёгкие ядра.
  • Цепная реакция: последовательность событий, в которой продукты запускают последующие события.

A neutron hits a uranium-235 nucleus, which splits into barium and krypton fragments, releasing further neutrons and energy *Нейтрон входит, два фрагмента и два или три нейтрона выходят, выделяется энергия


Выберите доказательства для проверки гипотезы

  • Разделяйте сохранение нуклонного числа и сохранение полной энергии.
  • Выделяемые нейтроны могут инициировать дальнейшие деления, вылетать наружу или поглощаться.
  • Управляемый реактор и неуправляемая цепная реакция имеют различные условия управления нейтронным потоком.

В лаборатории: Уравняйте предложенное ядерное уравнение, используйте указанные данные о массе и определите систему. Анализируйте модели или опубликованные данные реактора; это не школьная попытка получить деление или работать с материалами реактора.


Работайте с известными величинами

  • Известно: U-235 поглощает один нейтрон, образуя Ba-141, Kr-92 и три нейтрона.
  • Баланс нуклонов: 235+1 = 141+92+3 = 236.
  • Баланс протонов: 92 = 56+36.
  • A mass decrease of 2.0×10⁻²⁸ kg corresponds to 1.8×10⁻¹¹ J using c=3.0×10⁸ m/s.

Your turn: A U-235 nucleus plus one neutron produces fragments with mass numbers 141 and 92. How many neutrons balance the equation?


Проверьте вывод и его границы применимости

  • Массовое число — это не точная масса в килограммах.
  • Баланс целых меток массового числа и заряда не позволяет рассчитать выделенную энергию.
  • Радиационный распад и вызванное нейтронами деление не являются взаимозаменяемыми описаниями.

Not true: A balanced nucleon-number equation alone gives the energy release in joules. Integer mass and charge labels only check conservation; they say nothing about energy. The released energy comes from the small decrease in actual MASS via E = mc^2, which needs measured masses, not mass numbers.

Ключевые моменты:

  • При ядерном делении тяжелое ядро распадается на более легкие ядра.
  • Разделяйте сохранение нуклонного числа и сохранение полной энергии.
  • Обратите внимание: массовое число — это не точная масса в килограммах.

Запишите на основе 4 уравновешивающих нейтронов

  • Ядро U-235 плюс один нейтрон дают фрагменты с массовыми числами 137 и 95.
  • Найдите количество нейтронов, уравнивающих число нуклонов. Это количество не является выделением энергии в джоулях.

Записать, используя закон сохранения

  • U-235 поглощает нейтрон: Xe-140 + Sr-94 + два нейтрона.
  • Нуклоны: 236 = 140 + 94 + 2. Протоны: 92 = 54 + 38. ОБА баланса должны соблюдаться — если хотя бы один нарушен, уравнение неверно.

Записать, используя дефект массы

  • Продукты деления сравниваются по массе с исходными веществами.
  • Масса продуктов МЕНЬШЕ: недостающая масса превращается в энергию через E = Δmc², поскольку энергия связи на нуклон возрастает в сторону железа.
Исследовать

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.

English Русский
chain reaction/tʃeɪn rɪˈækʃn/ цепная реакция
fission/ˈfɪʃn/ деление ядра

Больше тем в International Baccalaureate · IB Diploma · Physics · HL

Войти или создать аккаунт

IGCSE, A-Level & AP