Задание 16 ЕГЭ по физике: строение ядра, ядерные реакции и радиоактивность

В обобщённом плане варианта КИМ (Приложение к спецификации-2026) против строки 16 записано проверяемое требование: «Применять при описании физических процессов и явлений величины и законы». Формулировка общая, но список контролируемых элементов содержания узкий и очень конкретный — пять кодов кодификатора, и все они относятся к физике атома и атомного ядра.

Задание 16 — это одна-две фразы и поле для числа. Рисунок бывает редко: обычно это либо фрагмент Периодической системы, либо график $N(t)$. Вот дословные формулировки из официальных документов ФИПИ за три года:

Обратите внимание на разброс: за три года ФИПИ спросил массовое число в реакции синтеза, число электронов в атоме и заряд ядра после α-распада, а в 2025 году к линии добавился ещё и закон радиоактивного распада. Натаскиваться на один тип бессмысленно — зато всех типов ровно четыре, и они разбираются за пару вечеров.

Теории здесь меньше, чем в любой другой линии части 1: две таблицы (правила смещения и «частицы в лицо»), два закона сохранения и одна формула. Ниже — полный набор в том виде, в каком он выписан в кодификаторе ЕГЭ-2026.

Универсальная последовательность из шести шагов. Первые два — распознавание типа, дальше работает одна из четырёх коротких схем.

1. Определите тип задачи по ключевым словам. «Сколько протонов / нейтронов / нуклонов / электронов» — задача на состав ядра. «Испытывает α-распад / β-распад» — правила смещения. Записана реакция со стрелкой и неизвестным $^{A}_{Z}\mathrm{X}$ — законы сохранения. «Период полураспада», «через сколько времени», график $N(t)$ — закон радиоактивного распада.
2. Выпишите все известные пары $(A, Z)$, честно расставив индексы: нижний — всегда заряд, верхний — всегда массовое число. Половина ошибок линии рождается именно здесь, при переписывании условия.
3. Задача на состав ядра. Ответ читается прямо из записи: протоны — $Z$, нейтроны — $A - Z$, нуклоны — $A$, электроны в нейтральном атоме — $Z$. Если дан фрагмент Периодической системы, возьмите $Z$ из номера элемента, а $A$ — из подписи нужного изотопа.
4. Задача на распад. Примените сдвиг: α → ($A-4$, $Z-2$); β⁻ → ($A$, $Z+1$); β⁺ → ($A$, $Z-1$); γ — без изменений. Для цепочки из $k$ альфа- и $m$ бета-минус-распадов: $A_{\text{кон}} = A_{\text{нач}} - 4k$, $Z_{\text{кон}} = Z_{\text{нач}} - 2k + m$.
5. Задача на ядерную реакцию. Составьте два уравнения — $\sum A$ слева $= \sum A$ справа и то же для $\sum Z$ — и решите то из них, которое содержит искомое. Не забудьте дописать частицы, названные словами: «нейтрон» — это $^{1}_{0}n$, «α-частица» — $^{4}_{2}\mathrm{He}$.
6. Задача на закон распада. Посчитайте число периодов $n = t/T$ (оно почти всегда целое), затем $N = N_0/2^{\,n}$. Внимательно перечитайте вопрос: осталось — это $N_0\cdot2^{-n}$, а распалось — это $N_0(1 - 2^{-n})$. Если дан график — снимите $T$ по уровню $N_0/2$ или проверьте предложенные точки расчётом.

Три реальных задания линии 16 из банка ФИПИ — на три разных типа: ядерная реакция, чтение фрагмента Периодической системы и закон радиоактивного распада по графику.

Первые три ошибки в этом списке напрямую задокументированы методическими рекомендациями ФИПИ, остальные следуют из формул и правил заполнения бланка.

• Вычесть единицу вместо того, чтобы прибавить, при β⁻-распаде

  Самая документированная ошибка линии. Методические рекомендации ФИПИ 2024 года разбирают задачу: ядро тория $^{234}_{90}\mathrm{Th}$ испытывает электронный β-распад, найти заряд Z образовавшегося ядра. Верный ответ — 91, и вот комментарий ФИПИ дословно: «основной ошибкой было указание ответа 89 (21 % участников)». То есть каждый пятый выпускник вычел единицу. Логика ошибки понятна — «вылетел электрон, значит заряд уменьшился» — но она обратная физике: при β⁻-распаде ядро теряет отрицательный заряд, нейтрон внутри ядра превращается в протон, и $Z$ растёт на единицу. Проверяйте себя балансом заряда: $90 = Z + (-1)$, откуда $Z = 91$.

• Растеряться, когда реакцию надо составить самому

  ФИПИ прямо противопоставляет два формата. МР-2024: «Успешно выполнены задания … на определение заряда или массового числа неизвестного элемента в ядерной реакции при условии, что эта реакция была записана в явном виде (например: $^{4}_{2}\mathrm{He} + {}^{7}_{3}\mathrm{Li} \to {}^{A}_{Z}\mathrm{X} + {}^{1}_{0}n$). Средний результат выполнения этих заданий составил 86 %. Затруднения вызвали аналогичные задания» — и далее приводится как раз пример про β-распад тория, где стрелку и частицы нужно выписать самостоятельно. В 2025 году явно записанные реакции остались самым результативным типом линии — 91 % против 86 % годом раньше; отдельной цифры для заданий, где реакцию надо составить самому, ФИПИ не публикует. Лечение простое: всегда переписывайте условие в виде реакции со стрелкой, даже если в задаче про распад её нет.

• Считать закон радиоактивного распада «необязательной новинкой»

  Закон радиоактивного распада вошёл в план линии 16 только с 2025 года, и результат сразу просел. МР-2025: «Более сложными оказались задания на понимание периода полураспада радиоактивных ядер и графика зависимости числа радиоактивных ядер от времени … средний результат выполнения таких заданий оказался равным 68 %» — против 87 % и 91 % у остальных типов этой же линии. Из-за него весь раздел «Квантовая физика» упал с 77,3 % (2024) до 71,5 % (2025). Материалы для подготовки, составленные до 2025 года, этого типа не содержат вовсе — проверьте, что ваш задачник свежий.

• Посчитать, сколько ядер осталось, когда спрашивают, сколько распалось

  Классика задач на закон распада. Формулы отличаются на одну скобку: осталось — $N = N_0\cdot2^{-t/T}$, распалось — $N_{\text{расп}} = N_0\left(1-2^{-t/T}\right)$. За 2 периода полураспада «осталось» — это 25 % от начального количества, а «распалось» — 75 %; перепутать легко, а балл теряется целиком. ФИПИ описывает механизм этой ошибки в общем виде (МР-2025): «недостаточно высокие результаты были продемонстрированы для заданий, в которых требовался хотя бы минимальный анализ ситуации перед подстановкой числовых данных в формулы». В линии 16 такой «минимальный анализ» — это ровно два вопроса: сколько прошло периодов и о чём меня спросили.

• Перепутать верхний и нижний индексы

  В записи $^{A}_{Z}\mathrm{X}$ нижний индекс — это всегда зарядовое число (число протонов), а верхний — всегда массовое (число нуклонов). У лёгких ядер их легко спутать, потому что числа близки: $^{4}_{2}\mathrm{He}$, $^{6}_{3}\mathrm{Li}$. Отсюда же растёт ошибка «число нейтронов = $Z$»: нейтронов $A - Z$, и только у самых лёгких ядер эти величины случайно совпадают. Полезная привычка: под каждым символом в реакции подписывать пару чисел, а не держать их в голове.

• Смешать электронный и позитронный β-распад

  Два разных процесса с почти одинаковым названием: при электронном (β⁻) заряд ядра увеличивается на 1, при позитронном (β⁺) — уменьшается на 1. Массовое число не меняется ни там, ни там. Ключ — в первом слове условия: если написано «электронный β-распад» или просто «β-распад» без уточнения, речь почти всегда об электронном. Если в условии явно фигурирует позитрон $^{\;0}_{+1}e$ — знак меняется на противоположный. И отдельно: при γ-излучении не меняется ничего, состав ядра остаётся прежним.

• Ошибиться в степени или в приставке

  $2^{-4}$ — это 0,0625, а не 0,25; «мкмоль» — это $10^{-6}$ моль, а «нг» — $10^{-9}$ г. ФИПИ фиксирует ошибки в вычислении степеней как самостоятельную причину потери баллов в соседних линиях (в одном из разобранных примеров — у 11 % участников). В линии 16 это ловушка ровно в двух местах: при возведении двойки в степень и при пересчёте десятичных приставок. Хорошая новость — ответ здесь обычно «красивый»: если получилось что-то вроде 0,037, скорее всего где-то ошибка.

• Написать в бланк единицы измерения или точку вместо запятой

  Правила заполнения бланков не оставляют вариантов: «В ответе не указываются названия единиц измерения …, так как они не будут учитываться при оценивании. Недопустимы заголовки или комментарии к ответу». Разделитель дробной части — запятая; простые дроби и математические выражения запрещены. Ответ «0,25 мкмоль» надо записать как $0{,}25$, ответ «91 e» — как $91$. Задание оценивается по принципу «всё или ничего», так что оформление здесь стоит ровно столько же, сколько физика.

Квантовая физика — самый компактный раздел КИМ: на неё приходится всего два задания из двадцати шести. Зато подготовка к линии 16 попутно закрывает часть куда более дорогих позиций.

• Задание 17 — прямой сосед по разделу и вторая половина квантовой физики: 2 балла, базовый уровень, в графе КЭС стоит просто «4», то есть весь раздел целиком. Именно сюда уходят фотоны, фотоэффект, уравнение Эйнштейна, постулаты Бора и спектры, а вместе с ними и знакомые вам по 16-му заданию распады. Формат другой — «как изменились величины» или установление соответствия, ответ из двух цифр. Средний процент выполнения в 2025 году — 62,8 %, заметно ниже, чем у 16-го.
• Задание 18 — «выберите все верные утверждения» о физическом смысле величин и законов, КЭС «1–4», 2 балла. В нём регулярно встречается пункт из физики ядра, построенный ровно на тех фактах, что нужны в 16-м: в демоверсии-2026 это ложное утверждение «атомы изотопов одного и того же химического элемента различаются числом протонов», в демоверсии-2024 — «при β-распаде не выполняется закон сохранения импульса» (тоже ложное: сохраняются и энергия, и заряд, и импульс). Выполнение линии 18 — всего 56,9 %, так что каждый уверенно опознанный пункт здесь дорогого стоит.
• Часть 2 квантовой физики не содержит. В заданиях 21–26 у ФИПИ стоят коды разделов 1, 2 и 3 — механика, молекулярная физика, электродинамика. МР-2025 подтверждают прямым текстом: «В части 2 экзаменационной работы предлагалось шесть задач … по всем разделам школьного курса физики, кроме квантовой физики». То есть весь ваш «ядерный» багаж окупается ровно в двух заданиях — 16 и 17, на 3 балла из 45.
• Опора на курс 9 класса. Состав ядра и правила смещения изучаются и в основной школе, и в старшей. ФИПИ отмечает, что даже самая слабая группа участников (0–7 первичных баллов) успешнее справляется именно с такими заданиями — и прямо называет среди них «определение заряда неизвестного элемента ядерной реакции». Если вы сдавали ОГЭ по физике, половина линии 16 у вас уже есть.

Линия 16 — самая «дешёвая в пересчёте на усилия» позиция всей работы: теории на две таблицы, формул полторы, а балл такой же, как за куда более трудные задания. Двух недель по 20 минут хватает с запасом.