Reakcje jądrowe — rozszczepienie, synteza termojądrowa i reaktor
Energia Q=Δm·c2, 235U, D+T→4He i projekt ITER
Po tej lekcji będziesz umieć
Kontrolować zachowanie A, Z, energii i pędu w reakcji jądrowej
bilans przed obliczeniem Q
Obliczyć energię reakcji Q z różnicy mas
Q = (Σ − Σ)c2
Rozróżnić reakcję egzo- i endoenergetyczną
Q > 0 vs Q < 0
Wyjaśnić rozszczepienie i reakcję łańcuchową
235U + n → fragmenty + 2–3n + ~200 MeV
Interpretować współczynnik mnożenia
podkrytyczny/krytyczny/nadkrytyczny
Opisać funkcję paliwa, moderatora, chłodziwa i prętów kontrolnych
PWR vs BWR
Zapisać syntezę D–T i podać warunki plazmy
2H + 3H → 4He + n + 17,6 MeV; T ~ 108 K
Poprawnie interpretować współczynnik Q projektu ITER
= /
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE sprawdzasz zachowanie liczby masowej i ładunku, obliczasz energię reakcji z różnicy mas i określasz znak Q. Analizujesz też reakcję łańcuchową, rolę moderatora i prętów kontrolnych, schemat reaktora oraz warunki kontrolowanej syntezy termojądrowej.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Energia wydziela się, gdy produkty mają mniejszą łączną masę spoczynkową niż substraty. Różnica masy pojawia się jako energia kinetyczna produktów i promieniowanie. Rozszczepienie ciężkich i synteza lekkich jąder oba prowadzą ku maksimum krzywej /A (obszar Fe–Ni).
Intuicja zjawiska
Rozszczepienie bardzo ciężkiego jądra i synteza lekkich jąder mogą uwolnić energię, bo produkty leżą wyżej na krzywej energii wiązania na nukleon. Ruch w stronę maksimum /A oznacza Q > 0.
Bilans masy → energia
Q = (Σ − Σ)c2; ubytek masy staje się energią kinetyczną produktów i promieniowaniem.
Rozszczepienie
neutron rozbija 235U na dwa fragmenty i 2–3 neutrony, uwalniając ~200 MeV; neutrony mogą wywołać kolejne rozszczepienia.
Synteza
dodatnio naładowane jądra muszą pokonać barierę kulombowską — pomagają wysoka temperatura i tunelowanie kwantowe.
Kierunek Q
ruch ku obszarowi Fe–Ni (większe /A produktów) → energia wydzielona.
Wielkości i jednostki
Energia reakcji Q :: [J, eV, MeV] :: Q = Δm·c² Różnica mas Δm :: [u, kg] :: Σ m \text{przed} − Σ m \text{po} Energia na nukleon E w /A :: [MeV/nukleon] :: miara trwałości jądra Liczba masowa A :: [—] :: zachowana w reakcji Liczba atomowa Z :: [—] :: zachowa…
Modele i zasady
:rule Zasady zachowania W reakcji jądrowej zachowują się: liczba nukleonów A, ładunek Z, energia całkowita, pęd, moment pędu i odpowiednie liczby kwantowe. Bilans A i Z sprawdzamy PRZED liczeniem Q.
Reakcje jądrowe — mapa zjawiska
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Energia reakcji: Q = \left(\sum m {\text{przed}} - \sum m {\text{po}}\right)c^2, \qquad Q[\text{MeV}] = \Delta m[\text{u}] \cdot 931{,}5 Rozszczepienie (przykład): ^{235}\text{U} + n \to {}^{141}\text{Ba} + {}^{92}\text{Kr} + 3n + Q \approx 200\ \text{MeV} …
Solver — energia reakcji jądrowej
1. Zapisz reakcję: substraty → produkty.
Doświadczenie: model reakcji łańcuchowej
Pytanie badawcze: jak prawdopodobieństwo wywołania kolejnego zdarzenia wpływa na rozwój reakcji łańcuchowej? Model: ustawione elementy (np.
Przykład
Przykład rozwiązany
Oblicz Q reakcji D + T → ⁴He + n. Dane: m(D) = 2,01410 u; m(T) = 3,01605 u; m(⁴He) = 4,00260 u; m(n) = 1,00866 u.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Rozszczepienie ma Δm = 0,215 u. Oblicz Q i porównaj energię na nukleon (A ≈ 236) z syntezą D–T.
Częste błędy
Neutron termiczny = niska temperatura reaktora :: „Termiczny" opisuje energię neutronu ( 0,025 eV) po spowolnieniu, nie temperaturę rdzenia. Rdzeń pracuje w wysokiej temperaturze.
Powtórka w 30 sekund
zachowanie A, Z, E, p :: kontrola przed liczeniem Q Q = (Σ m \text{przed} − Σ m \text{po} )c² :: energia reakcji Q 0 :: reakcja egzoenergetyczna ²³⁵U + n → 200 MeV :: rozszczepienie k \text{eff} = 1 :: stan krytyczny, moc stała D–T → 17,6 MeV = 3,52 MeV/nuk…
Kluczowe pojęcia
Energia reakcji Q :: Q = (Σ m \text{przed} − Σ m \text{po} )c² = Δm·931,5 MeV; Q 0 egzo, Q < 0 endo; zachowanie A, Z, E, p Rozszczepienie :: ²³⁵U + n → 2 fragmenty + 2–3n + 200 MeV; reakcja łańcuchowa; Q/A ≈ 0,85 MeV/nukleon Krytyczność k \text{eff} :: k \t…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Reakcje jądrowe to kontrola A, Z i bilansu mas — sprawdź, czy pewnie liczysz Q i interpretujesz k \text{eff} oraz warunki fuzji. sprawdzian :: Energia Q, rozszczepienie, reaktor i synteza D–T :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok…
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Fizyka jądrowa. Zakres: reakcje jądrowe, energia reakcji, rozszczepienie, reakcja łańcuchowa, reaktor jądrowy, synteza termojądrowa.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL
WZORY I WYKRESY