P 147: Das Tunneln, das kein Tunneln ist, aktualisiert 11.3.

 23.4.3 Entstehung der Alphastrahlung

Wie kommen Heliumatomkerne aus Atomkernen heraus?

Zuerst müssen sich zwei Protonen und zwei Neutronen kurzzeitig zu einer eigenen Struktur, eben einem Heliumkern, zusammentun. Dabei wird Bindeenergie frei (anschaulich: Die vier Teilchen fallen unter der Wirkung der Kernkraft aufeinander zu).

Dabei wird der Heliumkern als Ganzes auf ein höheres Energieniveau gehoben, so dass er aus dem Kernpotenzial heraustunneln kann.

Der neue Atomkern hat dann zwei Protonen weniger und eine um vier kleinere Massenzahl.

 

socratic org

Die Energie des Alphateilchens im Kern reicht nicht aus, ihn zu verlassen, aber sie ist so groß, dass durch den Tunneleffekt das Alphateilchen "auf der anderen Seite des Coulombwalls" auftaucht und dort mit der erreichten Energie wegfliegt.

wikipedia

 

Den Tunneleffekt haben wir bei Mikrowellen ausführlich in Q2 bessprochen. 

Hier sei nur Folgendes wiederholt:

Der Tunneleffekt ist (entgegen der üblichen Darstellung) kein quantenmechanischer Effekt. Er tritt bei allen Wellenarten auf: Bei Licht, bei Schall (!), bei Mikrowellen, bei Radiowellen und natürlich auch bei Wahrscheinlichkeitswellen...Welle ist eben Welle...

Der Tunneleffekt ist ein Wellenphänomen.

Jede auf ein Hindernis auftreffende Welle dringt immer auch etwas in das Hindernis ein, die Intensität fällt danach exponentiell ab. Die eindringende Welle nennt man evaneszente Welle.

 Ist das Hindernis dünn genug, so kommt noch etwas durch...die Amplitude auf der anderen Seite ist nicht 0. Das nennt man tunneln.

Man nennt den Tunneleffekt auch verhinderte Totalreflexion, denn er macht sich natürlich besonders bei der eigentlichen Totalreflexion bemerkbar (da sollte ja eigentlich nichts mehr durchkommen...)

Hier kann man sich ausführlich über die richtige Deutung des Tunneleffektes informieren:

Das Alphateilchen (2 positive Ladungen) wird am elektrischen Potenzial des Atomkerns totalreflektiert. Aber die Wahrscheinlichkeitswelle dringt exponentiell abfallend in den Potenzialwall ein...und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit findet man das Alphateilchen dann auch außerhalb des Kernes.

Das nennt man dann Alphastrahlung.

Die Halbwertszeit des Alphazerfalls hängt dann nur davon ab, "wie weit oben" das Alphateilchen rausfliegt, also wie stark das Potenzial ist, also letztlich wie hoch das Energieniveau ist, auf der das Alphateilchen im Kern bei der Entstehung kommt.

Mit dieser Kenntnis könnt ihr sicher die Geiger-Nutallsche-Regel begründen:

Je kürzer die Halbwertszeit des Atoms ist, desto  größer ist die Reichweite, d.h. die Energie der austretenden Alphastrahlung.

Lösung:

Hier sollte euch das folgende Bild helfen:

 

Ich werde sehr zeitnah auf einer neuen Extraseite mehr Infos über die Fehlinterpretation des Tunneleffektes bringen und auch meinen Experimentalvortrag neu halten und dort einbinden.

Ihr solltet das alles kennen, aber für spätere Generationen ist das vielleicht nicht uninteressant.

Übrigens: Der Tunneleffekt, also die Welleneigenschaften der Quanten, sorgt dafür, dass im Inneren der Sonne zwei Protonen miteinander verschmelzen können. Ihre elektrische Abstoßung ist so groß, dass selbst bei den 15 Millionen K im Sonnenzentrum sie nicht verschmelzen würden.

Durch die Verschmelzung, und letztlich die Umwamdlung von H in He, setzt die Sonne Energie frei. Energie, die die Sonnen aufheizt  und durch die wir existieren.

 

Die Aufheizung der Sonne geschieht durch die Gammaquanten und die Bewegungsenergie der Kerne. Die Neutrinos verlassen die Sonne ungehindert (siehe Bild in Post 146).

Ohne Tunneleffekt wäre die Sonne dunkel...aber es wäre auch niemand da, der sich darüber Gedanken machen könnte....