Номер 4, страница 236 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 58. Ядерные реакции. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 236.

Условие.

4. Почему нейтроны могут вызывать ядерные реакции независимо от энергии частицы, а протоны и $\alpha$-частицы — только обладая большой кинетической энергией?

Решение.

Ключевое различие между нейтронами, с одной стороны, и протонами и α-частицами, с другой, заключается в их электрическом заряде.

Атомные ядра, состоящие из протонов и нейтронов, имеют положительный электрический заряд. Протоны также несут положительный заряд ($+e$), а α-частицы, являющиеся ядрами атома гелия ($_{2}^{4}\text{He}$), имеют двойной положительный заряд ($+2e$). Когда протон или α-частица приближается к положительно заряженному атомному ядру, между ними возникает мощная сила электростатического отталкивания (кулоновская сила), так как их заряды одноименные. Эта сила создает энергетический барьер, называемый кулоновским барьером, который препятствует сближению частицы с ядром на расстояние, где начинают действовать ядерные силы. Чтобы преодолеть этот барьер и инициировать ядерную реакцию, протоны и α-частицы должны обладать очень большой кинетической энергией.

Нейтроны, в свою очередь, не имеют электрического заряда. Поэтому они не взаимодействуют с электрическим полем ядра и не испытывают кулоновского отталкивания. Для нейтрона кулоновский барьер отсутствует. Это позволяет ему беспрепятственно проникать внутрь ядра даже при очень низкой, близкой к нулю, кинетической энергии. Более того, для некоторых ядерных реакций, например, для деления ядер урана-235, медленные (тепловые) нейтроны оказываются даже более эффективными, чем быстрые, поскольку они проводят больше времени вблизи ядра, что увеличивает вероятность их захвата.

Ответ: Нейтроны электрически нейтральны и не испытывают электростатического отталкивания от положительно заряженного ядра, поэтому могут беспрепятственно проникать в него при любой энергии. Протоны и α-частицы заряжены положительно, и для преодоления силы отталкивания от ядра (кулоновского барьера) им необходима большая кинетическая энергия.