1704. Высвобождается или поглощается энергия при следующих реакциях:

Решение:

Для определения того, выделяется или поглощается энергия в ядерных реакциях, нужно рассчитать изменение массы (дефект массы) для каждой реакции. Если масса продуктов меньше массы реагентов, энергия выделяется (реакция экзотермическая). Если масса продуктов больше массы реагентов, энергия поглощается (реакция эндотермическая).

Будем использовать следующие массы частиц (в а.е.м.):

• ¹₁H (протон, дейтерон): ~1.007825
• ²₁H (дейтерон): ~2.014102
• ³₁H (тритон): ~3.016049
• ⁴₂He (альфа-частица): ~4.001506
• ⁷₃Li: ~7.016004
• ¹⁰₅B: ~10.012937
• ¹²₆C: ~12.000000
• ¹³₆C: ~13.003355
• ¹³₇N: ~13.005738
• ¹⁵₇N: ~15.000109
• ¹⁶₈O: ~15.994915
• ¹⁷₈O: ~16.999132
• ¹⁹₉F: ~18.998403
• ¹⁹₁₀Ne: ~18.998403
• ²⁰₁₀Ne: ~19.992439
• ²³₁₁Na: ~22.989769
• n (нейтрон): ~1.008665

1. ⁷₃Li + ⁴₂He → ¹⁰₅B + n

• Масса реагентов:
• m(⁷Li) + m(⁴He) = 7.016004 + 4.001506 = 11.017510 а.е.м.
• Масса продуктов:
• m(¹⁰B) + m(n) = 10.012937 + 1.008665 = 11.021602 а.е.м.
• Изменение массы: Δm = 11.021602 - 11.017510 = +0.004092 а.е.м.
• Вывод: Поскольку масса продуктов больше массы реагентов, энергия поглощается.

2. ¹₁H + ²₁H → ³₂He + n

• Масса реагентов:
• m(¹₁H) + m(²₁H) = 1.007825 + 2.014102 = 3.021927 а.е.м.
• Масса продуктов:
• m(³₂He) + m(n) = 3.016049 + 1.008665 = 4.024714 а.е.м.
• Изменение массы: Δm = 4.024714 - 3.021927 = +1.002787 а.е.м. (Примечание: Здесь, вероятно, ошибка в массе ³₂He или в условии реакции. Для реакции Дейтона + Протон -> Тритий + гамма (энергия) масса продуктов меньше. Если принять массу ³₂He ≈ 3.016049, то Δm ≈ 3.016049 + 1.008665 - (1.007825 + 2.014102) ≈ 4.024714 - 3.021927 ≈ 1.002787. Эта масса превращается в энергию. Здесь энергия должна выделяться.)
• Исправление (предполагая типичную реакцию D-T): Если реакция ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + n (слияние дейтерия и трития), то:
• Масса реагентов: 2.014102 + 3.016049 = 5.030151 а.е.м.
• Масса продуктов: 4.001506 + 1.008665 = 5.010171 а.е.м.
• Изменение массы: Δm = 5.010171 - 5.030151 = -0.01998 а.е.м.
• Вывод: Энергия выделяется.
• Возвращаясь к исходному условию ²₁H + ¹₁H → ³₂He + n: Если масса ³₂He близка к 3.016049, а ¹₁H к 1.007825, то энергия выделяется.

3. ²₁H + ²₁H → ³₁H + ¹₁H

• Масса реагентов:
• m(²₁H) + m(²₁H) = 2.014102 + 2.014102 = 4.028204 а.е.м.
• Масса продуктов:
• m(³₁H) + m(¹₁H) = 3.016049 + 1.007825 = 4.023874 а.е.м.
• Изменение массы: Δm = 4.023874 - 4.028204 = -0.00433 а.е.м.
• Вывод: Поскольку масса продуктов меньше массы реагентов, энергия выделяется.

4. ⁶₃Li + ²₁H → ⁴₂He + ⁴₂He

• Масса реагентов:
• m(⁶Li) + m(²₁H) = 6.015122 + 2.014102 = 8.029224 а.е.м.
• Масса продуктов:
• m(⁴He) + m(⁴He) = 4.001506 + 4.001506 = 8.003012 а.е.м.
• Изменение массы: Δm = 8.003012 - 8.029224 = -0.026212 а.е.м.
• Вывод: Поскольку масса продуктов меньше массы реагентов, энергия выделяется.

Итоговый ответ:

1. 7.016004 + 4.001506 = 11.017510; 10.012937 + 1.008665 = 11.021602. Δm = +0.004092 а.е.м. Поглощается.
2. 1.007825 + 2.014102 = 3.021927; 3.016049 + 1.008665 = 4.024714. Δm = +1.002787 а.е.м. (Вероятно, это экзотермическая реакция, несмотря на положительный Δm, если использовать стандартные значения масс, которые могут включать энергию связи. Для более точного ответа нужно обратиться к таблицам энергий связи или экспериментальным данным. Однако, если следовать чисто расчету массы, энергия поглощается.)
3. 2.014102 + 2.014102 = 4.028204; 3.016049 + 1.007825 = 4.023874. Δm = -0.00433 а.е.м. Выделяется.
4. 6.015122 + 2.014102 = 8.029224; 4.001506 + 4.001506 = 8.003012. Δm = -0.026212 а.е.м. Выделяется.

Примечание: При расчете ядерных реакций часто используется величина дефекта массы, которая затем переводится в энергию по формуле E=Δmc². Если Δm положительный (масса продуктов > масса реагентов), то энергия поглощается. Если Δm отрицательный (масса продуктов < масса реагентов), то энергия выделяется. Для реакции №2, если использовать данные из разных источников, результат может варьироваться, но в контексте термоядерных реакций, подобные слияния (D+p) обычно экзотермичны.