QF - 5 Tunneling

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

Quantumfysica - Tunneling

p6: Tunneling

Leerdoelen:
-Je begrijpt dat  in de klassieke mechanica je met te weinig energie nooit over een energie-barriere heen kunt

-Je weet dat het tunneleffect pas optreedt als de kansgolf dezelfde orde-grootte heeft als de grootte van de barriëre
-Je weet dat de amplitude van de kansgolf in de barriëre exponentieel afneemt

-Je kent de factoren waarvan de kans op tunnelen afhankelijk is (massa en energie deeltje, hoogte en breedte barriëre)

-Je snapt het principe van de scanning tunneling microscoop (STM)

-Je begrijpt wat alfa-verval en kernfusie te maken hebben met tunneling

00:38

Het gaat om de protonen en neutronen in de kern van in het voorbeeld Polonium.
Er wordt gekeken naar het 'ontsnappen' van een alfadeeltje (een pakketje van 2 protonen en 2 neutronen).

Er werken hier 2 krachten op:

-De aantrekkende sterke kernkracht, de kracht die alle deeltjes elkaar uitoefenen, vergelijkbaar met de zwaartekracht. Deze is heel groot omdat de deeltjes dicht bij elkaar zitten maar neemt snel af zodra de afstand tot de kern toeneemt.

-De afstotende elektrische kracht van de protonen onderling. Plus stoot plus af.

IN de kern overwint de aantrekkende kracht, maar als het alfadeeltje eenmaal BUITEN de kern is, overwint de afstotende kracht. 

De barrière / put gaat hier dus het overwinnen van de aantrekkende sterke kernkracht. Dit is een (niet oneindige) energie barrière. De hoogte van de barrière zakt dus heel snel in naarmate er verder van de kern gekeken wordt.

01:35

De alfapakketjes in de kern hebben een bepaalde energie (rode lijn).

De energiebarriere is hoger dan de beschikbare energie. Volgens de 'normale' natuurkunde kunnen de alfa-pakketjes nooit aan de sterke kernkrachten ontsnappen.

Verder weg van de kern is de aantrekkende kracht steeds minder merkbaar en de afstotende kracht is er nog wel. De energiebarriere daalt onder het niveau van de energie van de alfapakketjes zelf.

Hebben de kerndeeltjes een energie lager dan de minimale waarde van het energieniveau buiten de kern, dan is tunnelen onmogelijk (de kern is dan stabiel).

!

In de energiebarriere neemt de amplitude van de kansfunctie (dus de kans zelf) exponentieel af.

De amplitude wordt, als er een eindige barrièrebreedte is, nooit helemaal nul, dus er blijft een (kleine) kans om het deeltje aan te treffen.

De kans op tunnelen wordt groter als:

-De energie barrière lager is

-De energie barrière smaller is

-De massa van het te tunnelen deeltje kleiner is / de Broglie-golflengte van de te tunnelen golf groter is

Bestudeer de paragraaf (WS) en/of kijk de filmpje(s) van Ralph Meulenbroeks. Maak een samenvatting die in ieder geval de leerdoelen omvat. Lever een foto van je samenvatting in.

Antwoorden

-Ekin > Ebar
-soms

-Breedte van de barriëre en massa van het deeltje (beiden hoe groter, hoe kleiner de kans)

Als de massa van een deeltje toeneemt, wordt zijn Broglie-golflengte ............

Hierdoor wordt de breedte van de energiebarriere (ten opzichte

van de golflengte) ..........

Hierdoor neemt de kans op
tunnelen .....

Dus: hoe groter de massa van het deeltje, hoe.... de kans op tunnelen

groter

kleiner

toe

af

smaller

breder

groter

kleiner

Kijk naar de kernen Rn-218, 219, 220 en 222 in Binas tabel 25.
Kijk naar de halveringstijd en de energie van het deeltje.

WAARNEMING:
Bij een grote halveringstijd hoort een                             energie.

THEORIE TUNNELEN:

Wanneer een (alfa)deeltje in een hoger

energieniveau zit, 

wordt de kans op tunnelen...

Hierdoor zal het betreffende Rn                           vervallen.

Dit komt overeen met  een                         halveringstijd. 

Klopt de waarneming met de theorie?

grote

kleine

groter

kleiner

sneller

minder snel

grotere

kleinere

Geef hieronder aan wat je nog niet (goed) snapt van de theorie. Geef ook aan als je geen vragen hebt.

Fouten en suggesties

Heb je een fout gevonden in deze Lessonup, op de website of in het filmpje?

Geef het door via het foutenformulier!

Bedankt voor je inzet!