Готовимся к ЕГЭ по физике: основы ядерной физики

Вся мощь ядерной энергетики и процессов в центрах звёзд заложена в строении и поведении микроскопических частиц, которые называются атомами. Впрочем, этот термин вам знаком, а вот что касается характеристик этого самого атома, здесь стоит остановиться чуть подробнее.

Первое, что стоит понять и запомнить – таблица Менделеева полезна не только для химика. В самом деле, основная характеристика атома – это количество электронов, входящих в его состав. Сумма зарядов этих электронов называется атомной единицей массы (а.е.м.), а узнать её можно по порядковому номеру элемента в таблице Менделеева! Хочу отметить, что именно эти единицы не очень часто используются в расчётах. Поэтому в ядерной физике вводится ещё один термин: массовое число. По сути, это результат округления: под массовым числом понимается целое значение, близкое к значению а.е.м. Разъясню на простом примере. Если мы изучаем какой-то изотоп хлора, чья атомная масса составляет 34,96885 а.е.м, то его массовое число равно 35. Обозначается эта величина заглавной буквой А.

Зачем такое длинное введение? Наверняка в какой-то из задач вам рано или поздно придётся столкнуться с некоторым странным обозначением, где рядом с большой буквой элемента ядра записываются два маленьких индекса, например ^х_yZ. Здесь X – массовое число, а Y - величина заряда в единицах элементарного. Элементарным зарядом считается заряд электрона, и это сугубо табличная величина, но чрезвычайно часто используемая, так что рекомендую запомнить её значение.

В задачах из этого раздела физики вам придётся иметь дело с ядерными реакциями и их схематической записью. Дело в том, что, благодаря открытию Резерфорда, мы понимаем не только общий вид реакций, но и можем представить всех «участников» этого действа. Протон и нейтрон постоянно фигурируют в уравнениях распада, отсюда необходимость помнить характеристики этих частиц. Несмотря на то, что обе они почти не отличаются по массе, не забывайте важное отличие: заряд нейтрона всегда равен нулю!

Порой бывает необходимо найти число нейтронов в атоме, для этого всего лишь применяйте простое правило: их количество равно разности между массовым и зарядовым числами.

Теперь, когда вы более-менее представляете мир ядерных реакций, самое время более конкретно подойти к вычислениям.

Атомы – чрезвычайно крепкие структуры, никакой сверхплотный алмаз не может сравняться с ними. Всё дело в том, что ядро атома сдерживается так называемым внутриядерным взаимодействием, самым мощным, которое есть во Вселенной. Следовательно, чтобы расщепить простой атом, необходимо преодолеть энергию связи ядра. Существует формула для количественного описания этой энергии, её ещё называют формулой Эйнштейна. Смело применяйте её, когда в условии задачи требуется что-то расщепить на кусочки (в нашем случае – нуклоны).

Следующий момент, который хотелось бы отметить – описание процесса полураспада радиоактивных веществ. На самом определении радиоактивности подробно останавливаться смысла нет, скажу лишь только, что это явление самопроизвольного превращения ядер одного элемента в ядра другого, которое сопровождается выделением интенсивного излучения. Именно это излучение и уносит часть энергии, а элемент распадается. Под периодом полураспада понимается такое время, за которое распадается ровно половина первоначального количества ядер. Запомните формулу, которая описывает данный процесс, ведь с помощью неё можно найти и количество имевшихся ядер, и количество распавшихся, а не только одно лишь время.

Последнее, на что стоит обратить внимание, это понятие о дефекте масс. На самом деле именно за счёт него происходит выделение энергии при разнообразных реакциях, поэтому не стоит забывать и формулу для этого процесса. Дефект масс всегда равен разности между суммарной массой всех нуклонов ядра (частиц, из которых ядро состоит) в свободном состоянии и массой ядра. При этом в формулу входит масса протона и нейтрона, эти величины лучше выучить заранее.