Alfa-verval

Quantum-tunneling is de basis voor de verklaring door George Gamow in 1928 van het verschijnsel dat zware kernen alfaverval vertonen:1,2

Door tunneling kan een alfadeeltje (twee neutronen en twee protonen) zich aan de sterke kracht binnende atoomkern onttrekken. De aanname is dat in de kern van een radioactieve isotoop een alfadeeltje zich min of meer vrij kan bewegen met dezelfde energie als dat van het uitgezonden alfadeeltje E_α ∼ 4 − 9MeV. Het samenspel van kernkracht en de afstotende coulombkracht zorgt voor een potentiaalbarrière. Hoe hoger het atoomnummer Z van de kern, des te hoger is de coulombbarrière. In het voorbeeld wordt de kern voorgesteld als een rechthoekige energieput V(r) = −V₀,r<R0.^1,3 Na verval is de straal van de kern
R₀ = 1,25(A−4)^1/3 ⋅ 10⁻¹⁵m met massagetal A. Buiten de kern r ≥ R0 ondervindt het alfadeeltje de coulomb-afstoting

Voor afstanden groter dan R₁ bepaald door de vergelijking V_c(R₁) = E_α is de kinetische energie groter dan de potentiele energie en is het deeltje ontsnapt aan de kern.

Modelregels

Download coachbestand met tekstuele model (cma7, 766 kB)

Grafisch model

Download coachbestand met grafisch model (cma7, 824 kB)

Voorbeeld

Startwaarden

<sub>1. H. van Bemmel en L. Koopman, Quantumlesje (7): Gamows model voor alfastraling, NVOX(2015)
2. Alfaverval (pdf, 1.6 MB), Voorbeeldexamenopgaven quantumwereld natuurkunde vwo (2016)
3. Brilliant, Quantum Tunneling</sub>