Вопрос школьника
Найти энергию Q, выделяющуюся при реакциях:
а) 21H + 21H → 11H + 31H ;
б)21H + 21H → 11H +10n.
Ответ от учителя
Для решения задачи необходимо знать массу протона и массу нейтрона, а также знать, что при реакциях ядерного синтеза выделяется энергия.
а) Реакция 21H + 21H → 11H + 31H описывает процесс синтеза ядра водорода. При этом происходит слияние двух ядер водорода (протонов) с образованием ядра дейтерия (11H) и ядра трития (31H). Масса двух протонов (21H) равна 2 × 1,0078 = 2,0156 а.е.м. Масса ядра дейтерия (11H) равна 2,0141 а.е.м., а масса ядра трития (31H) равна 3,0160 а.е.м. Разность масс двух протонов и ядра дейтерия равна 0,0015 а.е.м., а разность масс двух протонов и ядра трития равна 0,0004 а.е.м. Это означает, что при слиянии двух ядер водорода выделяется энергия, равная разности масс двух протонов и ядра дейтерия или ядра трития.
Q = (2,0156 — 2,0141) × c² = 1,5 × 10⁻³ × 9 × 10¹⁶ = 1,35 × 10¹³ Дж
где c — скорость света.
Ответ: энергия Q, выделяющаяся при реакции 21H + 21H → 11H + 31H, равна 1,35 × 10¹³ Дж.
б) Реакция 21H + 21H → 11H +10n описывает процесс синтеза ядра водорода. При этом происходит слияние двух ядер водорода (протонов) с образованием ядра дейтерия (11H) и вылетом нейтрона. Масса двух протонов (21H) равна 2 × 1,0078 = 2,0156 а.е.м. Масса ядра дейтерия (11H) равна 2,0141 а.е.м., а масса нейтрона равна 1,0087 а.е.м. Разность масс двух протонов и ядра дейтерия и массы нейтрона равна 0,0028 а.е.м. Это означает, что при слиянии двух ядер водорода выделяется энергия, равная разности масс двух протонов и ядра дейтерия и массы нейтрона.
Q = (2,0156 — 2,0141 — 1,0087) × c² = 2,8 × 10⁻⁴ × 9 × 10¹⁶ = 2,52 × 10¹² Дж
Ответ: энергия Q, выделяющаяся при реакции 21H + 21H → 11H +10n, равна 2,52 × 10¹² Дж.
