Coulombwall

Als Coulombwall oder Coulombbarriere wird das Potential bezeichnet, gegen das ein positiv geladenes Teilchen anlaufen muss, um in den Atomkern zu gelangen. Dieses ist nach dem französischen Physiker Charles Augustin de Coulomb (1736—1806) benannt.

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Zur Überwindung benötigt man in der klassischen Mechanik eine Mindestenergie, wohingegen in der Quantenmechanik auch bei geringeren Ausgangsenergien die Chance zur Durchtunnelung einer solchen Barriere besteht.

Am häufigsten spricht man in der Kernphysik von der Coulomb-Barriere. So gelang es zum Beispiel Ernest Rutherford, die Barriere des Atoms zu penetrieren und dadurch auf die innere Struktur des Atoms zu schließen. Durch Überwindung der großen Abstoßung des Atomkerns kann man wiederum auf seine Bestandteile schließen.

Letztlich führte die Überwindung der Colomb-Barriere des Protons zur Entdeckung der Quarks und Postulierung der Gluonen.

Das Potential im Atomkern und in seiner Nähe wird durch die elektromagnetische und die „starke“ Wechselwirkung bestimmt. Die langreichweitige elektromagnetische Wechselwirkung bewirkt ein abstoßendes Potential bei großen Abständen. Bei kleinen Abständen dominiert die kurzreichweitige starke Wechselwirkung, weshalb das Kernpotential innerhalb des Atomkerns anziehend ist. Die Summierung beider Effekte ergibt ein bindendes oder quasibindendes Potential.

Der Coulombwall hängt hierbei neben der Ladung des Atomkerns und der Ladung des einlaufenden Teilchens auch von der kinetischen Energie sowie dem Drehimpuls des einlaufenden Teilchens ab. Ist nun die kinetische Energie des Teilchens kleiner als die Höhe des Coulombwalls, so existiert wegen des quantenmechanischen Tunneleffekts dennoch eine Wahrscheinlichkeit größer als Null, dass das Teilchen die Barriere überwindet.

Die endliche Höhe der Coulombwalls ist des Weiteren der Grund für den Alphazerfall mancher Atomkerne. Bildet sich im Atomkern ein Alphateilchen, so kann dieses hinaustunneln.

Für das Coulombpotential gilt:

Näherungsweise Berechnung der Höhe des Coulombwalls

Die Höhe des Coulombwalls lässt sich mit folgender groben Faustformel näherungsweise bestimmen: Seien Z₁ und Z₂ die Kernladungszahlen von Projektil und Ziel, sei ferner A die Massenzahl des Ziels, dann kann die Höhe des Coulombwalls folgendermaßen grob berechnet werden:

Man erhält das Ergebnis direkt in MeV.