Нейтроны вызывают деление ядер урана. Можно ли для этого использовать α−частицы? Почему?

Для ответа на эту задачу нужно рассмотреть физику взаимодействия частиц с ядрами веществ, а также особенности деления ядер урана.

При делении ядер урана (чаще всего изотопа урана−235) происходит цепная ядерная реакция. Эта реакция инициируется нейтронами, которые, взаимодействуя с ядром урана−235, вызывают его деление на более лёгкие ядра (осколки деления) с одновременным выделением большого количества энергии и выбросом дополнительных нейтронов. Эти нейтроны, в свою очередь, могут вызвать дальнейшее деление других ядер урана, что поддерживает цепную реакцию.

Основные свойства нейтронов:

1. Нейтроны — это нейтральные частицы, не имеющие электрического заряда.
2. Благодаря отсутствию заряда нейтроны практически не взаимодействуют с электронами и не испытывают кулоновское отталкивание от положительно заряженных ядер. Это позволяет нейтронам легко проникать в ядра атомов.
3. Замедленные (тепловые) нейтроны (с небольшой кинетической энергией) особенно эффективны для возбуждения деления ядер урана−235. Тепловые нейтроны имеют длину волны, которая благоприятствует захвату их ядрами.

Теперь рассмотрим, что произойдет, если вместо нейтронов использовать α−частицы.

1. Свойства α−частиц:

   • α−частицы представляют собой ядра гелия−4, состоящие из двух протонов и двух нейтронов.
   • Они имеют положительный заряд (+2), что означает, что при приближении к ядру α−частица будет испытывать кулоновское отталкивание от положительного заряда ядра урана.
   • Для преодоления кулоновского барьера α−частицы должны обладать очень высокой кинетической энергией.

2. Трудности использования α−частиц:

   • Уран−235 — это тяжелое ядро с большим положительным зарядом, поэтому α−частицы, приближаясь к ядру, будут испытывать сильное кулоновское отталкивание.
   • Для преодоления этого отталкивания α−частицам потребуется энергия, превышающая кулоновский барьер ядра урана. Однако такие высокоэнергетические α−частицы встречаются редко и генерировать их технически сложно.
   • Даже если α−частица преодолеет кулоновский барьер и попадет в ядро урана−235, это не значит, что обязательно произойдет деление. Деление более вероятно при захвате нейтронов, поскольку нейтроны не встречают кулоновского барьера.

3. Почему нейтроны предпочтительнее:

   • Нейтроны, как нейтральные частицы, не сталкиваются с проблемой кулоновского отталкивания. Это делает их более эффективными для инициирования ядерных реакций.
   • Кроме того, захват нейтронов ядром урана 235 приводит к образованию нестабильного урана−236, который с высокой вероятностью распадается с делением на два осколка и выделением энергии. В случае с α−частицами вероятность деления значительно меньше.

Таким образом, использовать α−частицы для возбуждения деления ядер урана крайне неэффективно по сравнению с использованием нейтронов. Затруднения связаны с кулоновским отталкиванием, необходимостью высокой энергии для преодоления барьера и меньшей вероятностью деления даже при взаимодействии α−частицы с ядром.