03 Potentialtopfmodell und Alpha-Zerfall
Niels Wiedemann
https://www.youtube.com/watch?v=fnqty6SdL30

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 was ist das potenzial topmodell des atomkerns und wie kann man zum beispiel den alfa zerfall darin verstehen um das potential topmodell zu verstehen
0:07 muss man sich einmal überlegen was passiert mit neutronen wenn sie aufeinander geschossen werden und was passiert mit protonen wenn die
0:12 aufeinander geschossen werden bei den neutronen ist es so es passiert erstmal gar nichts bis der abstand einen wert von 10 - 15 metern unterschreitet dann
0:21 fängt plötzlich die starke kraft an zu wirken und dann wird dieses neutron was auf diesen haufen zu geschossen wird sehr
0:28 stark von diesen anderen neutronen angezogen wenn man das im rahmen des potenzial topmodells aufzeichnet dann zeichnet man ja immer die energie nach
0:35 oben und in dem topf herrscht eine niedrigere potenzielle energie das heißt wenn das neutron dann in diesen topf in ein feld wird die sogenannte
0:42 bindungsenergie eb frei und bei den protonen sieht es ganz ähnlich aus mit einem entscheidenden unterschied es gibt zusätzlich diese abstoßende kohlekraft
0:52 das heißt diese wirkt natürlich umso stärker je näher dieses proton an den anderen haufen an protonen heran fliegt und wenn es trotzdem nahe genug kommt
1:02 dann wirkt auch dort die starke kraft und es kann auch da in diesen potenzial topfen einfallen und wie wir sehen sieht der top natürlich wegen der potenziellen
1:09 elektrische energie ein wenig anders aus als der bei den neutronen was sicherlich auch noch auffällt ist dass jeweils zwei optionen auf einer energie stufe sitzen
1:18 in diesem potenzial töpfen und das liegt an dem paul die prinzip denn wir haben schon gesehen dass es beides bin ein halb teilchen sind und diese müssen sich
1:26 in irgendeiner eigenschaft unterscheiden das heißt es passen immer zwei auf eine stufe und noch mal kurz der wesentliche unterschied bei den neutronen gibt es
1:33 keine potenzial barriere und bei den protonen gibt es aufgrund der elektrische abstoßung natürlich diesen zusätzlichen potenzial weil und das ist
1:41 auch der grund dafür dass der proton topf nicht ganz so tief ist wie der von den neutronen das schöne an diesem einfachen topmodell ist dass man relativ
1:48 einfach erkennen kann ob ein kern stabiles oder nicht das heißt wenn alle diese nuklearen im grundzustand sind dann ist der kern stabil wenn sie es
1:56 nicht sind dann ist der kerl instabil wieso gibt es eigentlich radioaktivität und warum sind manche stoffe radioaktiv und manche nicht was ist dabei die
2:04 grundvoraussetzung und was strahlt eigentlich bei diesen stoffen nachdem becquerel 896 die radioaktivität entdeckt hat
2:11 man ein paar gemeinsamkeiten radioaktiver stoffe herausgefunden das erste ist der ursprung der strahlung ist immer der atomkern zweitens ist das
2:20 unabhängig von äußeren einflüssen wie druck und temperatur und ähnlichen dingen deswegen sagt man das auch dass es sozusagen spontan geschieht und das
2:28 dritte ist und das ist sozusagen die grundvoraussetzung die potentielle energie des kerns muss dabei abnehmen können und wenn sie abnimmt dann ist das
2:36 eine ursprungsquelle für die radioaktivität und jetzt werden wir den alfa zufall erklären und auch wie man das im
2:44 potenzial top modell darstellen kann dieses beispiel zeigt den alfa zerfall von uran 238 in torri um 234 dabei entsteht ein helium kehren wie bei jedem
2:54 alter zerfall sonst auch und der alfa zerfall tritt immer bei schweren kernen auf wenn sie zu viele protonen im kern haben dabei haben die beiden
3:01 zerfallsprodukte immer eine kleinere masse als der ausgangs kern der alpha zerfall ist insofern etwas besonderes als dass es ihnen nach den gesetzen der
3:08 klassischen physik gar nicht geben dürfte nach diesen gesetzen wäre er komplett ausgeschlossen
3:13 warum das so ist erkennen wir in dem potential topmodell in den kern bildet sich ein alpha teilchen und wir sehen dass die energie dieses alpha teilchen
3:21 zu gering ist um diesen potenzial wahl zu überwinden und nach draußen zu gelangen der zu überwindenden energie beck ist
3:27 viel zu groß als dass das teilchen darüber könnte es ist genauso wie werden diese april einfach spontan mal über diesen rand dieser schale herausklettern
3:34 würde da aber diese altfälle doch stattfinden muss irgendwo diese energie her kommen einmal kurz vorher die frage warum sitzt
3:42 eigentlich der helium kern auf einem höheren energiezustand als die anderen nuklearen im kern das hat mit der bindungsenergie von helium kern zu tun
3:50 denn wenn sich diese nationen zum helium kern zusammentun dann wird dessen bindungsenergie freigesetzt es ist so dass im mittel ungefähr sechs mega
3:57 elektronenvolt produktion im schweren kern als bindungsenergie auftreten und dem helium kern selbst sind es ungefähr 7
4:04 aber auch das reicht natürlich nicht um dieses potenzial zu überwinden und in der quantenmechanik ist es so das haben wir schon gesehen dass sich das alpha
4:11 teilchen im rahmen der unbestimmtheit redaktion für energie und zeit kurz vom universum energie ausleihen kann das nennt man auch tunneleffekt und
4:21 dieses zeichen kann dann durch den potenzial war hindurch tunneln bei dem tunnel effekt ist es so dass die höhe des zu durch tummelnden walz die
4:29 halbwertszeit bestimmt wir sehen das an diesen beiden beispielen vom uran das eine hatte sehr kurze und das andere eine sehr sehr lange halbwertszeit was
4:35 einfach nur eine folge der höhe des potenzials ist mathematisch ergibt sich dieser tunneleffekt einfach aufgrund des verhaltens der wellenfunktion innerhalb
4:43 des topfes haben wir eine ganz normale wellenfunktion und innerhalb des walds nimmt diese dann exponentiell ab und das führt letztlich dazu dass auch außerhalb
4:51 die wellenfunktion immer noch auftritt und vor das betrags quadratischer wellenfunktion außerhalb nicht null ist und damit haben
4:57 wir eine gewisse aufenthalts wahrscheinlichkeit auch außerhalb des potenzial topfes und diesen tunnel effekt nutzt man auch in der sogenannten
5:05 rastertunnelmikroskopie aus abschließend für dieses video schauen wir uns noch die energie und die zerfalls gleichung an
5:12 fangen wir mit der zerfalls gleichung an da haben wir allgemein den fall dass wir einen kern iks nehmen mit einer massen zahler und einer ordnungszahl z und bei
5:20 jedem alpha zufall reduziert sich die massen zahl um vier und die ordnungszahl um 2 denn genau das sind ja die zahlen die dann nachher auch beim helium kern
5:27 auftreten und das verhält sich genauso wie in der chemie dass die zahlen auf der linken und auf der rechten seite des reaktions freies in der summe immer
5:34 gleich sein müssen und die energiebilanz die lässt sich immer mit der einsteinschen gleichung gleich data ma c quadrat bestimmen da bestimmt man dann
5:43 die freiwerdende energie menge indem man die massen vergleicht das heißt die massen bei den e duckten und die massen bei den produkten und wenn man davon die
5:50 differenz bildet und das ganze mal c-quadrat multipliziert dann erhält man die gesamte energie die bei der reaktion frei wird und das entspricht der
5:58 kinetischen energie des alpha teilchen ein beispiel für einen alfa zerfall wäre der zerfall von uran 228 dabei entsteht dann tory um 224 und ein alpha teilchen
6:09 und wenn man das in der not karte verfolgen möchte dann muss man in der not karte beim alfa zufall immer zwei nach links und 2 nach unten gehen