Techniklexikon

Zentrifugalbarriere

Kernphysik, drehimpulsbedingte Barriere im effektiven Potential von Atomkernen. Sie führt zur Behinderung von Zerfalls- und Fusionsprozessen. Das Zentrifugalpotential V_l leitet sich in quantenmechanischer Behandlung des Drehimpulses l aus der Zentrifugalkraft  zu  ab. Zusammen mit dem durch die starke Wechselwirkung bestimmten attraktiven Kernpotential V_K und dem durch die elektrischen Ladungen gegebenen abstossenden Coulomb-Potential V_C bildet das ebenfalls abstossende Zentrifugalpotential das effektive Gesamtpotential V_eff = V_K + V_C + V_l , welches entsprechend der Schrödinger-Gleichung das dynamische Verhalten des Systems bestimmt. Bei ausreichend starkem Kernpotential ist V_eff bei kleinen Abständen attraktiv und bildet einen Potentialtopf mit einer positiven Potentialbarriere in der Nähe des Kernrandes aus.

Beim Alphazerfall ist der a-Cluster durch die Kernkraft im Kern nicht mehr gebundenen und muss durch die durch das Zentrifugalpotential und das Coulomb-Potential aufgebaute Potentialbarriere V_B tunneln (Tunneleffekt), um als freies Teilchen emittiert zu werden, so dass die Drehimpulsbehinderung nur über den quantenmechanischen Tunnelprozess zu verstehen ist. Die Zentrifugalbarriere ist maximal am Kernrand und kann dort zu  MeV genähert werden. Im Vergleich zur Coulomb-Barriere V_CB ist sie nur für grosse Drehimpulse und bei leichten Kernen von Bedeutung.

In Fusionsprozessen wirkt das Zentrifugalpotential abstossend. Bei grossen Drehimpulsen und schweren Kernen ist es stärker als die attraktive Wirkung des Kernpotentials, so dass Fusion nur bei Verminderung des Drehimpulses durch Anregung innerer Freiheitsgrade (Reibung) im Verlauf der Kernreaktion möglich wird.