Ядерную энергию можно получить двумя способами: делением тяжёлых ядер (урана, плутония) либо синтезом (слиянием) лёгких ядер изотопов водорода − дейтерия и трития (термоядерный синтез). Нет ли здесь противоречия? Как объяснить выделение энергии при слиянии лёгких ядер?
Противоречия нет.
Термоядерный синтез − реакция слияния лёгких атомных ядер в более тяжелые ядра, происходящая при сверхвысокой температуре и сопровождающаяся выделением огромных количеств энергии.
При термоядерном синтезе связи между элементарными частицами нарушаются, атомные ядра теряют электронную оболочку, скорости движения частиц сильно повышаются, и ядра все больше преодолевают действующие между ними электрические (кулоновские) силы отталкивания. В этих условиях атомные ядра могут соединяться друг с другом, образуя ядра других химических элементов и высвобождая при этом огромную энергию.
Источником энергии термоядерного синтеза, как и энергии деления ядер, служит внутриядерная энергия. Она выделяется в свободном виде в тех ядерных процессах, которые сопровождаются убылью общей массы участвующих в реакции ядер.
В физике выделение энергии при ядерных реакциях объясняется изменением массового дефекта ядер до и после реакции. Для понимания этого явления необходимо рассмотреть несколько фундаментальных концепций.
Энергия связи: Энергия, необходимая для разрыва ядра на составляющие части (протоны и нейтроны), называется энергией связи. Чем больше энергия связи на нуклон, тем стабильнее ядро.
Массовый дефект: Массовый дефект − это разница между массой ядра и суммой масс отдельных нуклонов (протонов и нейтронов), из которых оно состоит. Энергия связи соответствует этому массовому дефекту согласно формуле Эйнштейна $ E = \Delta m c^2 $, где $\Delta m$ − массовый дефект, $c$ − скорость света.
Деление тяжёлых ядер: При делении тяжёлых ядер, таких как уран−235 или плутоний−239, образуются более лёгкие ядра (например, криптон и барий) и несколько нейтронов. При этом суммарная масса продуктов реакции меньше массы исходного ядра. Разница в массе выделяется в форме энергии.
Синтез лёгких ядер: При термоядерном синтезе лёгкие ядра, такие как дейтерий (один протон и один нейтрон) и тритий (один протон и два нейтрона), сливаются, образуя более тяжёлое ядро, например, гелий−4 (два протона и два нейтрона), и высвобождая нейтрон. Суммарная масса продуктов также меньше, чем масса исходных ядер, что снова приводит к выделению энергии.
Противоречия здесь нет, так как в обоих случаях (деление тяжёлых ядер и синтез лёгких ядер) выделение энергии обусловлено изменением энергии связи на нуклон и уменьшением общей массы системы. При термоядерном синтезе лёгких ядер образующееся ядро имеет более высокий уровень энергии связи на нуклон, что компенсирует разницу масс и выделяет энергию.
Таким образом, выделение энергии обусловлено фундаментальными принципами ядерной физики и связано с изменением массового дефекта и энергией связи ядер.
Пожауйста, оцените решение
