Задание(практическое исследование), страница 164 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

Объясните, почему $\alpha$-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах.

Альфа-частица (ядро атома гелия $ ^{4}_{2}\text{He} $) имеет положительный заряд $q_{\alpha} = +2e$, где $e$ - элементарный заряд. Ядра тяжелых элементов (например, уран с порядковым номером $Z=92$ или свинец с $Z=82$) также заряжены положительно, и их заряд $Q_{я} = +Ze$ очень велик.

Чтобы вызвать ядерную реакцию, альфа-частица должна преодолеть электростатическое отталкивание и приблизиться к ядру-мишени на расстояние, где начинают действовать короткодействующие ядерные силы (порядка $10^{-15}$ м). Сила кулоновского отталкивания между двумя положительными зарядами создает так называемый потенциальный (кулоновский) барьер.

Высота этого барьера, то есть минимальная кинетическая энергия, которой должна обладать альфа-частица для сближения с ядром, пропорциональна произведению зарядов: $U \sim q_{\alpha} \cdot Q_{я}$. Для тяжелых элементов с большим значением $Z$ высота кулоновского барьера очень велика и составляет десятки мегаэлектронвольт (МэВ).

В то же время, альфа-частицы, которые испускаются при естественном радиоактивном распаде, обладают относительно небольшой кинетической энергией, обычно в диапазоне 4–9 МэВ. Этой энергии недостаточно, чтобы преодолеть высокий кулоновский барьер тяжелого ядра. Поэтому альфа-частица отталкивается от ядра, не успев войти с ним в ядерное взаимодействие. Ядерные реакции с тяжелыми элементами становятся возможными только при использовании частиц, разогнанных в ускорителях до значительно больших энергий.

Ответ: Кинетическая энергия альфа-частиц, испускаемых радиоактивными препаратами (4–9 МэВ), недостаточна для преодоления высокого кулоновского барьера, создаваемого сильным электростатическим отталкиванием со стороны положительно заряженных ядер тяжелых элементов. Из-за этого альфа-частицы не могут приблизиться к ядру на расстояние, необходимое для начала ядерной реакции.