Рассмотрение задачи о прохождении через потенциальный барьер, отличалось той особенностью, что речь шла о потоке частиц, приходящих из бесконечности и встречающих на своем пути потенциальный барьер. В дальнейшем (теория радиоактивного распада, автоионизация атомов) нам встретятся такие случаи, когда речь будет идти о потоке частиц, выходящих из неко­торой ограниченной обла­сти пространства (ядро атома, атом), окруженной, потенциальным барьером. Пусть сфера с центром в 0 и радиусом r0 (рис. 1,а)

Рис.4.1. Потенциальный барьер, ограничивающий замкнутую область (r < r0)

Есть та поверхность, на которой потенциальная энергия U (r) принимает максимальное значение, так что для r < r0, U < Um и для r > r0, U < Um. Соответствующий пример графика U(г) дан на рис. 1, б. Допустим, что нас интересует прохождение через барьер частиц, первоначально находившихся внутри него. Соответственно предположению, что частицы, падающие извне, отсутствуют (нет «бомбардировки»), мы должны взять вне барьера лишь уходящие волны.

(4.1)

Это условие мы будем называть условием излучения. Ясно, что уравнение Шредингера

(4.2)

в этом случае может иметь лишь нестационарные решения. Дей­ствительно, применим закон сохранения числа частиц к сфере радиуса r:

(4.3)

Из (4.1) имеем,

(4.4)

и, стало быть,

(4.5)

т. е. среднее число частиц в объеме сферы V убывает, так что ψ не может гармонически зависеть от времени.

Задачу об истечении частиц из барьера можно решать, исходя из уравнения (4.2) с начальным условием. таким, что функция ψ (r, 0) отлична от нуля лишь внут­ри барьера (чтобы выразить тот факт; что при t = 0 частица нахо­дилась внутри барьера). Можно, од­нако, исходить из другого условия, до некоторой степени противоположного, именно считать, что истечение частиц происходит уже давно и зна­чительная часть их уже находится вне барьера.

Рис 4.2 Потенциальный барьер, ограничивающий замкнутую область (r < r1) и имеющий простую прямоугольную форму.

Такой подход к реше­нию мы рассмотрим подробнее. Он удобен тем, что допускает разделе r и t в уравнении (4.2) Положим сразу

При этом величина Е будет комп­лексной, и ее нельзя рассматривать как энергию частиц. Положим

(4.7)

Тогда среднее число частиц в объеме V0, заключенном внутри барьера, согласно (4.6) и (4.7), будет

т. е.

(4.8)

Величина λ - константа распада. Подста­новка (46) в (4.2) дает

(99.9)

Чтобы выяснить принципиальную сторону дела, мы рассмотрим схематичный пример, взяв форму барьера U (r), изображенную на рис. 4.1. Рассмотрим далее, для простоты, состояния с орбиталь­ным моментом, равным нулю: / = 0. Тогда, полагая

(4.10)