Kernmodelle (interaktiv)

Filme: WAS SIND KERNMODELLE? (ca. 5 min): Dieser Film greift die Grundidee einer Modellbildung auf, fasst die Grundlagen des Aufbaus der Atomkerne noch einmal kurz zusammen und widmet sich anschließend der Diskussion der Modellierung des Kerns. Die beiden am weitesten verbreiteten vereinfachenden Annahmen werden nun vorgestellt und die dazugehörigen Modelltypen benannt und kurz umrissen. Der Film schließt mit dem Hinweis darauf, dass es weitere Modelle gibt. TRÖPFCHENMODELL (ca. 11 min): Dieser Film stellt das empirische Tröpfchenmodell vor. Zur Erklärung des Namens wird zunächst die Analogie zu einem Wassertropfen thematisiert. Es folgt eine kurze Beschreibung des Prinzips, dass nämlich die Bindungsenergie als Maß für die Stabilität angenähert werden soll, indem verschiedene Aspekte des Aufbaus und weitere Mechanismen betrachtet werden, die den Betrag der Bindungsenergie erhöhen oder verringern. Nachdem dieses Prinzip erklärt ist, werden für den Fall des Atomkerns die wichtigsten Beiträge einzeln betrachtet. So baut sich der Verlauf der Bindungsenergie in Abhängigkeit von der Massenzahl des Nuklids kleinschrittig auf. Die Volumenenergie, der Oberflächenterm, der Beitrag der Coulombkraft, der Symmetrie- bzw. Asymmetrieterm sowie der Paareffekt werden vorgestellt. Der Verlauf nach Berücksichtigung dieser Terme wird mit der Beobachtung verglichen und es werden einige derjenigen Phänomene genannt, die sich mit dem Tröpfchenmodell verstehen und erklären lassen. POTENTIALTOPFMODELL (08:00 min): Beschrieben werden die Ansätze für ein Potentialtopfmodell des Atomkerns. Nach der allgemeinen Beschreibung und der Vorstellung der Bildsprache baut sich zunächst der Potentialtopf für Neutronen auf, anschließend wird der Einfluss der Coulomb-Abstoßung auf die Protonen betrachtet und der Verlauf des Gesamtpotentials für Protonen entwickelt. Begriffe wie Coulomb-Wall und Tunneleffekt werden ebenso eingeführt wie das Fermi-Niveau und die Fermi-Energie. Anschließend werden einige der Beobachtungen anhand des Modells erklärt, zum Beispiel, warum massereiche Kerne mehr Neutronen als Protonen besitzen und wie eine Instabilität gegenüber Beta-Zerfällen aufgrund der Besetzung der Potentialtöpfe erklärbar ist. Anschließend werden auch Alphazerfälle betrachtet und es wird offensichtlich, warum keine anderen Kerne außer Alphateilchen einen Kern verlassen können. DAS SCHALENMODELL (01:50 min): In Anlehnung an die gefüllten "Schalen" in der Atomhülle, die den besonders reaktionsunfreudigen Edelgasen zuzuordnen sind, finden sich im Atomkern die sogenannten magischen Zahlen, die besonders stabilen Kernen zuzuordnen sind. Sie ergeben sich aufgrund der quantenphysikalischen Rechnungen und decken sich mit besonders stabilen Kernen in der Nuklidkarte.

Anbieter

FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH (Grünwald)

Jahr

2019

Dauer

25 min

Zielgruppe

A(11-13)

Schlagworte

Alphazerfall, Atomhülle, Atomkern, Bethe-Weizäcker-Formel, Bindungsenergie, Coulombkraft, Coulombwall, Elektron, Element, Empirie, Energiebilanz, Fermi-Niveau, Fermigasmodell, Isotopie, Kernmodell, Kernumwandlung, Kollektivmodell, Ladung, Magische Zahlen, Medienkompetenz, Modellkompetenz, Neutron, Potentialtopf, Potentialtopfmodell, Proton, Schalenmodell, Stabilität, Tröpfchenmodell, Tunneleffekt

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