Номер 3, страница 217 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. В чем основное отличие ядерных реакций на заряженных частицах от ядерных реакциях на нейтронах?

3. Основное отличие ядерных реакций, инициируемых заряженными частицами, от реакций, инициируемых нейтронами, заключается в наличии или отсутствии электростатического (кулоновского) взаимодействия между налетающей частицей и ядром-мишенью.

Ядерные реакции на заряженных частицах:

Заряженные частицы, такие как протоны ($p$), дейтроны ($d$), альфа-частицы ($\alpha$), имеют положительный электрический заряд. Атомное ядро также заряжено положительно из-за содержащихся в нем протонов. Когда положительно заряженная частица приближается к ядру, между ними возникает мощная сила кулоновского отталкивания. Чтобы преодолеть этот так называемый кулоновский барьер и попасть в область действия короткодействующих ядерных сил, налетающая частица должна обладать значительной кинетической энергией. Высота этого энергетического барьера $V_C$ тем больше, чем больше заряды частицы ($Z_1e$) и ядра ($Z_2e$): $V_C \approx \frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{Z_1 Z_2 e^2}{R}$, где $R$ — расстояние, на котором начинают действовать ядерные силы. Поэтому для осуществления таких реакций, особенно с тяжелыми ядрами (большой заряд $Z_2$), необходимо использовать ускорители, которые разгоняют частицы до высоких энергий.

Ядерные реакции на нейтронах:

Нейтрон ($n$) — это электрически нейтральная частица. Поэтому при сближении с ядром-мишенью он не испытывает кулоновского отталкивания. Нейтрон может беспрепятственно приблизиться к ядру и быть захваченным им даже при очень малых, практически нулевых, кинетических энергиях. Такие нейтроны с низкой энергией (порядка сотых долей электронвольта) называют тепловыми, и они очень эффективно вызывают ядерные реакции, в том числе реакции деления тяжелых ядер, лежащие в основе работы ядерных реакторов.

Таким образом, ключевое различие — это наличие или отсутствие энергетического порога для начала реакции, связанного с кулоновским взаимодействием.

Ответ: Основное отличие заключается в том, что для вступления в реакцию с положительно заряженным ядром налетающая заряженная частица (например, протон или альфа-частица) должна преодолеть силу электростатического отталкивания (кулоновский барьер), для чего ей необходима значительная начальная кинетическая энергия. Нейтрон же, будучи электрически нейтральным, не испытывает кулоновского отталкивания и может инициировать ядерную реакцию, даже обладая очень малой энергией.