Alfa Bozunumu: Coulomb Engelinden Tünelleme
Gamow modelinde α parçacığı, yarıçapı $R$ olan çekirdek içinde önceden oluşmuş kabul edilir. Dışarıda yavru çekirdeğin Coulomb potansiyeli $V(r) = \dfrac{2Z_d e^2}{4\pi\varepsilon_0 r}$ ile karşılaşır. α'nın enerjisi $Q$, engelin tepesinden çok küçük olduğundan klasik olarak kaçamaz, ancak $R < r < r_c$ bölgesinden tünelleyebilir. Burada klasik dönüm noktası $r_c = 2Z_d e^2/(4\pi\varepsilon_0 Q)$'dur.
WKB yaklaşımında geçiş olasılığı $P \approx e^{-G}$ olur ve Gamow faktörü şöyle yazılır: $$G = \frac{2}{\hbar}\int_R^{r_c}\sqrt{2\mu\,[V(r)-Q]}\;dr = \frac{2\sqrt{2\mu c^2 Q}}{\hbar c}\,r_c\left[\arccos\sqrt{x} - \sqrt{x(1-x)}\right],\qquad x = \frac{R}{r_c}$$ α engele saniyede $f = v/2R$ kez çarpar. Buradan bozunma sabiti $\lambda = f\,e^{-G}$ ve yarı ömür $T_{1/2} = \ln 2/\lambda$ elde edilir. $G$, $Q$'ya üstel biçimde duyarlıdır: $Q$'daki 2 kat fark yarı ömürde ~24 mertebe fark yaratır (Geiger–Nuttall yasası, $\log T_{1/2} \approx a + b\,Z_d/\sqrt{Q}$).
Kullanılan değerler ve varsayımlar
$e^2/4\pi\varepsilon_0 = 1.440$ MeV·fm, $\hbar c = 197.33$ MeV·fm, $m_\alpha c^2 = 3727.38$ MeV, yavru kütlesi $\approx A_d \times 931.494$ MeV. Etkileşme yarıçapı $R = r_0\,(A_d^{1/3} + 4^{1/3})$ ve varsayılan $r_0 = 1.2$ fm. İç hız $v = c\sqrt{2Q/\mu c^2}$ alınır; önceden oluşum olasılığı 1 kabul edilir. Literatür değerleri: $Q_\alpha$ ve $T_{1/2}$ (NNDC/ENSDF yuvarlatılmış). $Q$, bozunmanın toplam enerjisidir; α'nın kinetik enerjisi geri tepme nedeniyle biraz küçüktür: $K_\alpha = Q\,(A-4)/A$.
Parametreler
Potansiyel grafiğine tıklayarak o noktadaki $V(r)$ ve $V-Q$ değerlerini görün. "Özel" seçiliyken $Z$, $A$ ve $Q$ serbestçe değiştirilebilir.
Hesaplama
Bunu dene
1. ²³⁸U ile ²¹²Po'yu karşılaştırın. $Q$ değerleri yaklaşık 2 kat farklı; Gamow faktörleri ve yarı ömürler ne kadar farklı?
Açıklama
2. ²³⁸U seçili iken $r_0$'ı 1.2 fm'den 1.4 fm'ye çıkarın. Yarı ömür kaç mertebe değişir? Bu, modelin hangi parametreye en duyarlı olduğunu gösterir.
Açıklama
3. Geiger–Nuttall grafiğinde ²¹⁰Po'nun model noktası literatürden ne kadar sapıyor? Neden diğerlerinden daha çok sapıyor olabilir?