什么是α衰变？α衰变会怎么影响人的身体？为什么在量子力学中粒子可以穿过势垒？怎么计算隧穿概率？
4月14日12时，《张朝阳的物理课》第一百三十八期开播，搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，先定性地介绍了原子核模型，并从强力、库仑力的互相抗衡出发解释了原子核的稳定性以及为什么原子核会衰变出氦核等问题。定性介绍完原子核相关的内容之后，张朝阳转而计算了具有特定动量、能量的粒子在方形势垒上的隧穿概率。
库仑力胜于强相互作用 原子核变得不稳定
在上一次直播课中，张朝阳计算了粒子的平面波遇到无穷宽势垒台阶后的情况，发现当粒子能量小于势垒高度时，粒子虽然会渗透进势垒内一部分，但是最终依然会被反射回来。张朝阳转而强调，当势垒的宽度是有限宽的时候，粒子将有可能穿透过去，这就是量子隧穿效应。在经典力学层面，如果粒子能量小于势垒高度，那么无论势垒宽度多小，粒子（看成质点）是无法穿过势垒的，因此隧穿效应是一种量子效应。
量子隧穿的一个典型例子就是原子核的α衰变。张朝阳介绍说，矿石中含有一部分钍-230，它会经过α衰变成为镭-226，半衰期长达七万多年；而镭-226的主要衰变道也是α衰变，半衰期约为1600年，经过α衰变后镭-226会变成氡-222。氡-222也是不稳定的，它会经过α衰变变成钋-218，半衰期仅为3.8天。
原子核发生α衰变之后会放射出α粒子，也就是氦核。一般来说，我们的皮肤对低能的α粒子具有足够的防护作用，因此环境外的α衰变几乎不会对人体有什么影响。但是氡是一种气体，它混合在空气中会被人呼吸进肺里边，并且在呼出来之前就有可能发生α衰变了，衰变产生的α粒子会破环肺部细胞的结构，进而引发病变。
同时，氡衰变链中的最终产物是铅，它也会对人体健康构成威胁。据统计，氡气是第二大肺癌诱因，仅次于吸烟。因此，张朝阳建议网友们要经常开窗通风，降低室内的氡气浓度。
介绍完α衰变对人体健康的危害之后，张朝阳开始定性分析为什么原子核会发生α衰变。张朝阳介绍说，原子核由质子、中子组合而成，中子是不带电的，质子带有正电，因此质子之间会相互排斥。但是，除了库仑力之外，核子之间还存在强相互作用导致的核力，这些核力会抵抗住库仑力，紧紧地将核子们束缚在一块，形成原子核。所以说，强相互作用是原子核的粘合剂。
但是，强相互作用是短程力，原子核中的一个核子几乎只受到它邻近核子的核力，离得远的核子的核力可以被忽略。这就意味着随着原子核中核子数的增加，单个核子受到的核力大小几乎维持不变。
另一方面，库仑力是长程力，单个质子会受到原子核内部其他所有质子的排斥力，因此随着核子数增加（质子数也会大约成比例地增加），单个质子受到的库仑力会近似线性增加。因此，当原子核的核子数增大到一定程度之后，核力将无法与库仑力抵消，最终会导致原子核衰变。
为什么原子核衰变出来的小核素大多是α粒子呢？这是因为氦核的结合能很大，同时核子数又很少。我们可以把原子核内部的核子看成是自由的，它们有时候会组合成团，如果不考虑结合能的话，必然是核子数越小的团越容易出现；考虑结合能之后，则结合能越大的核素其能量越低，从而更容易成团——这就好比力学系统的稳定点是势能局部最低点那样。这两种因素综合起来就会导致氦核最容易在原子核中“出现”，所以原子核衰变出来的小核素大多是α粒子。
（张朝阳解释原子核的α衰变）
分析波函数边界条件 计算平面波在方势垒上的隧穿概率
为了在下一次直播课中介绍α衰变概率的计算，张朝阳在这一次直播课中推导了具有特定能量、动量的粒子在方形势垒情况下的隧穿概率。
据了解，《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播，网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”，观看直播及往期完整视频回放；关注“张朝阳的物理课”账号，查看课程中的“知识点”短视频。此外，还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上，阅览每期物理课程的详细文章。
