Номер 838, страница 123 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Состав атомного ядра. Ядерные силы. Энергия связи. Деление ядер урана. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер - номер 838, страница 123.

838. Нейтроны вызывают деление ядер урана. Можно ли для этого использовать $ \alpha $ -частицы? Почему?

Решение

Для того чтобы инициировать реакцию деления тяжелого ядра, такого как ядро урана, необходимо, чтобы бомбардирующая частица смогла проникнуть внутрь этого ядра. Ключевым фактором, определяющим возможность такого проникновения, является электростатическое взаимодействие между частицей и ядром.

Нейтроны являются наиболее подходящими частицами для вызова деления, поскольку они не имеют электрического заряда. Будучи электронейтральными, они не испытывают кулоновского отталкивания со стороны положительно заряженного ядра урана (заряд ядра урана $Z=+92e$, где $e$ — элементарный заряд). Поэтому даже медленные (тепловые) нейтроны могут беспрепятственно приблизиться к ядру и быть захваченными им, что приводит к переходу ядра в возбужденное состояние и его последующему делению.

В отличие от нейтронов, $\alpha$-частица является ядром атома гелия ($^{4}_{2}He$) и несёт положительный заряд $+2e$. При попытке приблизить $\alpha$-частицу к ядру урана (например, $^{235}_{92}U$) возникнут мощные силы электростатического отталкивания между двумя положительными зарядами. Эти силы создают высокий потенциальный барьер (кулоновский барьер), который $\alpha$-частица должна преодолеть, чтобы достичь ядра и вызвать реакцию.

Энергия $\alpha$-частиц, испускаемых в процессах естественного радиоактивного распада, как правило, недостаточна для преодоления этого барьера у тяжелых ядер. Хотя теоретически возможно разогнать $\alpha$-частицы до необходимых энергий в ускорителях, этот процесс является крайне неэффективным и энергетически затратным по сравнению с использованием нейтронов. Поэтому на практике для инициирования цепной реакции деления урана $\alpha$-частицы не используют.

Ответ: Нет, использовать $\alpha$-частицы для деления ядер урана нецелесообразно. Причина заключается в том, что положительно заряженные $\alpha$-частицы отталкиваются от положительно заряженных ядер урана из-за кулоновских сил. Это отталкивание (кулоновский барьер) не позволяет $\alpha$-частице сблизиться с ядром для взаимодействия. Нейтроны же, будучи электрически нейтральными, не испытывают такого отталкивания и поэтому эффективно вызывают деление.