19. Контактная разность потенциалов, эффект холодной эмиссии электронов, альфа – распад.

Возможность прохождения частицы через потенциальный барьер объясняет холодную эмиссию электронов из металла. Для удаления электронов из металла необходимо затратить некоторую определённую работу. Потенциальная энергия электронов вне металла больше, чем потенциальная энергия внутри металла, причём на границе раздела металл – вакуум потенциальная энергия резко возрастает. Внутри металла в устойчивом состоянии электроны занимают уровни с минимальной энергией. Если вблизи металла имеется электростатическое поле, которое стремится вырвать электроны из метала, то электроны будут стремиться покинут металл. Это явление называется холодной эмиссией электронов. В рамках классической механики объяснить его невозможно, так как поле в металл не проникает, то изменение потенциальной энергии возможно лишь вне металла, а чтобы покинуть металл электроны должны преодолеть потенциальный барьер, но их энергия меньше высоты барьера, поэтому частицы за него проникнуть не могут. Считалось, что электрическое поле понизит высоту потенциального барьера и электроны смогут выходить из металла. Но тогда тока эмиссионных электронов будет достаточно большой, а экспериментально это не наблюдалось. Таким образом, это явление объясняется туннельным эффектом. Тогда коэффициент пропускания такого барьера будет пропорционален , где . Здесь – напряжённость внешнего электрического поля. Очевидно, что плотность тока должна быть пропорциональна коэффициенту пропускания барьера: . Таким образом, плотность определяется по экспоненциальному закону: . Когда мерили зависимость , получилось хорошее согласие с теорией

– распад. Так называется самопроизвольное (с точки зрения наблюдателя) вырывание – частиц из ядра. Существует уравнение – распада: , где – некоторый коэффициент, а – полное число частиц. Коэффициент принимает для различных веществ довольно широкий круг значений. Рассмотрим расстановку сил внутри атома. Известно из опыта, что при – распаде энергия вылетевших – частиц довольно мала. В то же время, внутри атома между протонами должна действовать колоссальная сила Кулона, которая стремится разорвать атом. Тем не менее, атом сохраняет свою целостность благодаря силам, которые получили название ядерных. Эти силы весьма короткодействующие, но на межнуклонном расстоянии их оказывается достаточно, чтобы «побороть» силы Кулона. Поэтому потенциальная энергия взаимодействия частиц в ядре будет отрицательной. В тоже время, при незначительном удалении от центра атома, в ход вступает сила Кулона. Её действие на таких расстояниях полностью нейтрализует действие ядерных сил. Поэтому потенциальная энергия взаимодействия – частиц будет положительной. Таким образом, имеет место быть некоторая потенциальная яма (см. рис. 45). Здесь даны следующие приближения: стенки потенциальной ямы имеют строго вертикальный вид. На самом же деле края ямы несколько более пологи, но в нашем рассмотрении это не играет никакой роли. В классическом рассмотрении – частица не может преодолеть потенциальный барьер, так как обладает небольшой энергией. Если же считать, сто основную роль в – распаде играют силы Кулона, то энергия вылетевших – частиц должна быть довольно высокой. На опыте же такой факт не имел места. Квантовая же механика определяет вероятность прохождения частицей потенциального барьера как не нулевую. То есть, частица преодолеет потенциальный барьер, даже обладая небольшой энергией. На опыте как раз и наблюдались – частицы с небольшими энергиями.