ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 89.2: Ядерный реактор

План решения:

Для определения типа сил, ответственных за разгон осколков деления, необходимо проанализировать природу взаимодействия между получившимися фрагментами ядра. При делении урана-235 тепловым нейтроном образуется составное ядро, которое распадается на два крупных осколка и несколько свободных нейтронов. Эти осколки являются положительно заряженными частицами (так как содержат протоны).

Вычисление и физический анализ:

Рассмотрим варианты ответов:

• Ядерные силы действуют только на очень малых расстояниях (порядка 10^-15 м) и отвечают за связь нуклонов внутри ядра. Как только осколки разлетаются на расстояние, превышающее радиус действия ядерных сил, их влияние становится пренебрежимо малым.
• Гравитационные силы в микромире ничтожно малы по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями и не могут обеспечить кинетическую энергию осколков порядка сотен МэВ.
• Силы слабого взаимодействия ответственны за процессы бета-распада и превращение частиц, но не за механическое движение (разгон) уже образовавшихся осколков.
• Электромагнитные силы возникают между двумя положительно заряженными осколками. Согласно закону Кулона, сила отталкивания F=kq₁q₂/r² велика из-за значительного заряда осколков (Z≈40-60). Именно электростатическое отталкивание сообщает осколкам основную часть их кинетической энергии (~85% всей энергии деления).

Проверка:

Энергия кулоновского отталкивания двух шаров радиусом R с зарядом Ze оценивается как E_C≈3/5(Ze)²/4πε₀R. Для типичных осколков деления эта величина составляет около 170–200 МэВ, что согласуется с экспериментальными данными о полной энергии деления (~200 МэВ). Следовательно, доминирующей силой, разгоняющей осколки после момента распада, является электромагнитная.