Номер 73.26, страница 250 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 73. Радиоактивный распад. Глава 10. Квантовые явления - номер 73.26, страница 250.

73.26 [1679] Почему нейтроны легче проникают в ядра атомов, чем $\alpha$- и $\beta$-частицы?

Основная причина, по которой нейтроны легче проникают в ядра атомов по сравнению с $\alpha$- и $\beta$-частицами, заключается в их электрической нейтральности.

Атомное ядро имеет положительный заряд, обусловленный входящими в его состав протонами. При взаимодействии различных частиц с ядром ключевую роль играют электростатические (кулоновские) силы.

Взаимодействие нейтрона ($n^0$) с ядром: Нейтрон не имеет электрического заряда. Приближаясь к ядру, он не испытывает действия кулоновских сил отталкивания или притяжения. Единственная сила, которая действует между нейтроном и ядром, — это мощное, но короткодействующее сильное ядерное взаимодействие. Оно становится существенным только тогда, когда нейтрон уже находится в непосредственной близости от ядра (на расстояниях порядка $10^{-15}$ м). Отсутствие кулоновского барьера позволяет даже медленным (тепловым) нейтронам легко достигать поверхности ядра и проникать в него.

Взаимодействие $\alpha$-частицы с ядром: Альфа-частица — это ядро гелия ($^{4}_{2}\text{He}$), обладающее положительным зарядом $+2e$. Когда $\alpha$-частица приближается к положительно заряженному ядру-мишени, между ними возникает мощная сила кулоновского отталкивания. Эта сила создает высокий энергетический барьер (кулоновский барьер), который частица должна преодолеть, чтобы попасть в ядро. Для этого $\alpha$-частице требуется очень высокая начальная кинетическая энергия.

Взаимодействие $\beta$-частиц с ядром: Бета-частицы могут быть электронами ($\beta^-$) или позитронами ($\beta^+$). Позитрон ($\beta^+$) имеет положительный заряд $+e$ и, подобно $\alpha$-частице, отталкивается от ядра, что затрудняет его проникновение. Электрон ($\beta^-$) имеет отрицательный заряд $-e$ и, наоборот, притягивается к ядру. Однако, во-первых, он активно взаимодействует с электронной оболочкой атома, что может привести к его рассеянию и потере энергии. Во-вторых, электрон является лептоном и не участвует в сильном взаимодействии, которое связывает нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре. Его захват ядром (например, в процессе электронного захвата) происходит через слабое взаимодействие и является отдельным типом ядерной реакции, а не простым "проникновением" в структуру ядра, как в случае с нейтроном.

Таким образом, отсутствие электрического заряда дает нейтрону уникальное преимущество, позволяя ему обходить кулоновский барьер и беспрепятственно проникать в ядра атомов.

Ответ: Нейтроны легче проникают в ядра атомов, потому что они электрически нейтральны и не испытывают электростатического отталкивания со стороны положительно заряженного ядра. В то же время $\alpha$-частицы и позитроны ($\beta^+$) несут положительный заряд и отталкиваются ядром. Электроны ($\beta^-$), хоть и притягиваются к ядру, но их эффективное проникновение затруднено из-за рассеяния на электронной оболочке и того факта, что они не участвуют в сильном ядерном взаимодействии.