Rieth József: Anyagvilág - Háttérinformáció
Tartalomjegyzékhez < Világképem < (Kvark-időszak, Hadron-időszak)
Alagúthatásnak,
vagy alagúteffektusnak is mondják. Kvantummechanikai jelenség, melynek az a
lényege, hogy egy részecske hullámfüggvénye képes behatolni egy
potenciálfalba, ill. áthatolni egy nem túl magas és nem túl vastag
on . Ez másképp fogalmazva azt jelenti, hogy egy részecske véges
valószínűséggel a potenciálgát túloldalán találhatja magát akkor is, ha
„nincs ereje átmászni” rajta. Az alagúteffektus fontos szerepet játszik a
magfizikában. Ezzel magyarázzák, hogy az
alfa-részecske képes „kivergődni” az alfa-bomló magból, noha a kinetikus
energiája kisebb, mint a Coulomb-gát magassága.
(Természetesen annál kisebb „rásegítés” kell az alfának, minél nagyobb az
energiája. Ezzel lehet magyarázni az alfa-bomlás felezési idejének rohamos
csökkenését az alfa-energia növekedésével, melyre Geiger és Nuttall már
1911-ben felfigyelt.) A maghasadás esetében a hasadványoknak olykor szintén
át kell „alagutazni” (tunneling) a Coulomb-gáton (lásd az urán-235 neutronok
által kiváltott hasadását). Végül a termonukleáris reakciók esetében is az
alagúthatás az egyik segítség a magoknak, hogy a hőmozgás energiája elegendő
legyen a fúzió megvalósulásához. Ez a képesség lényeges szerepet játszik
számos fizikai jelenségnél, például a magfúziónál, mely a Naphoz hasonló
fősorozatbeli csillagok belsejében zajlik, de a mindennapi életünkben is
megtalálható: ez alapján működik az alagútdióda és a pásztázó
alagútmikroszkóp. Ezt a hatást már a 20. század elején megjósolták, és a
század közepére – mint általános fizikai jelenség – elfogadottá vált.
A kvantummechanikában ezek a részecskék kis valószínűséggel át képesek jutni, mintha egy alagúton keresztül jutnának át a gáton. A különbség onnan adódik, hogy a kvantummechanika az anyag hullám és részecske természetét veszi figyelembe. A magyarázatok a Heisenberg-féle határozatlansági reláció és a hullám-részecske dualitáson alapulnak.
A részecske hullámfüggvénye mindent elmond egy fizikai rendszerről. Ily módon a hullámfüggvény analízise lenne a megoldás. A Schrödinger-egyenlet ad megoldást egy bizonyos valószínűséggel a hullámegyenletre, nagyobb gátak esetén az alagúthatás valószínűsége csökken.
A potenciálgát elektronfizikai fogalom. Az elektronok energiája általánosságban helyzeti (potenciális) és mozgási (kinetikai) energiából tevődik össze, ami azt jelenti, hogy az elektronok meghatározott potenciális energiájú helyen tartózkodnak és ugyanakkor a mozgási energiájuknak megfelelő sebességgel mozognak. Nagyobb helyzeti energiának megfelelő ("magasabb") helyre csak sebességük; tehát mozgási energiájuk csökkenése árán juthatnak, mivel összenergiájuk külső energiaközlés hiányában változatlan. Az elektronok mozgási energiájánál nagyobb potenciális energiájú helyekre az elektronok általában nem kerülhetnek. A rendelkezésre álló mozgási energiánál "magasabb" potenciálú hely. A félvezető kristályok valenciakötéseiben helyet foglaló elektronoknak az atom környezetéből való elmozdulását a tiltott sávnak megfelelő "magasságú" potenciálgát akadályozza, míg a fémkristályban szabadon mozgó elektronok mozgását a kilépési munkának megfelelő magasságú potenciálgát korlátozza a kristály térfogatára. Egy-egy ilyen potenciálgát "megmászásához", tehát a magasabb potenciális energiájú helyre való átjutáshoz elegendő energiával csak kevés számú elektronnak van lehetősége, ti. azoknak, amelyek elegendően nagy mozgási energiával rendelkeznek. A mozgási energia külső energiaközléssel pl. melegítéssel növelhető, s így pl. növekvő hőmérséklettel egyre több elektron szakad ki a valenciakötésekből, ill. hagyhatja el a fémkristály belsejét. Ha a szélessége véges, azaz adott távolságra a potenciális energia visszacsökken az elektron tartózkodási helyén mérhető értékre, a potenciálgáton azon elektronok egy része is átjuthat, amelyek nem rendelkeznek elegendő energiával a potenciálgát "megmászásához". Ez az alagútjelenség. Az átjutás valószínűsége a potenciálgát magasságának és szélességének csökkenésével nő. (L.még: http://www.kislexikon.hu/potencialgat.html#ixzz35m0ckIS3 )
A Coulomb-gát az atommagot kb. az RN magsugárnak megfelelő távolságra körülvevő potenciálfal, mely kívülről és belülről egyaránt taszítólag hat a nukleontartalmú pozitív részecskékre. A pozitív ionokkal kiváltott magreakciók esetében ez egy fajta legyőzendő küszöbenergiát jelent a bombázó részecske szempontjából. Az α-bomlás esetében pedig azt, hogy hiába kedvezőbb energetikailag az anyamag szétesése leánymaggá és α-részecskévé, a Coulomb-gát miatt a bomlás esetleg csak évmilliárdos felezési idővel következik be az adott nuklid esetében. (Azt, hogy a bomlás, ill. a küszöbenergia alatti reakció egyáltalán bekövetkezhessen, az alagúteffektus teszi lehetővé.) A Coulomb-gát a végtelen hatótávolságú elektromos taszítás és a rövid hatótávolságú nukleáris vonzás eredőjeként értelmezhető.
Tartalomjegyzékhez < Világképem < Kvark-időszak
-----------------
http://nasa.web.elte.hu/NewClearGlossy/index.html
http://www.kislexikon.hu/potencialgat.html
http://nagysandor.eu/nuklearis/glosszarium.html#CoulombBarrier