Bariera kulombowska - Coulomb barrier
Bariera Coulomba , nazwany prawem Coulomba , która jest z kolei pochodzi od fizyka Charles Coulomb , jest bariera energii dzięki elektrostatycznego oddziaływania że dwa jądra trzeba pokonać, aby mogli dostać się wystarczająco blisko do ulegania reakcji jądrowej .
Potencjalna bariera energetyczna
Ta bariera energetyczna jest dana przez elektrostatyczną energię potencjalną :
gdzie
- k jest stałą Coulomba =8,9876 x 10 9 Nm 2 ■ C -2 ;
- ε 0 to przenikalność elektryczna wolnej przestrzeni ;
- q 1 , q 2 są ładunkami oddziałujących cząstek;
- r jest promieniem interakcji.
Dodatnia wartość U wynika z siły odpychania, więc oddziałujące cząstki mają wyższe poziomy energii, gdy się zbliżają. Ujemna energia potencjalna wskazuje na stan związany (z powodu siły przyciągania).
Bariera kulombowska wzrasta wraz z liczbą atomową (tj. liczbą protonów) zderzających się jąder:
gdzie e jest ładunkiem elementarnym ,1,602 176 53 × 10 -19 C , a Z i odpowiednie liczby atomowe.
Aby pokonać tę barierę, jądra muszą zderzać się z dużymi prędkościami, więc ich energie kinetyczne doprowadzają je do siebie wystarczająco blisko, aby mogło zajść silne oddziaływanie i związać je ze sobą.
Zgodnie z kinetyczną teorią gazów temperatura gazu jest tylko miarą średniej energii kinetycznej cząstek w tym gazie. Dla klasycznych gazów doskonałych rozkład prędkości cząstek gazu jest podany przez Maxwella-Boltzmanna . Na podstawie tego rozkładu można określić frakcję cząstek o prędkości wystarczająco dużej, aby pokonać barierę Coulomba.
W praktyce temperatury potrzebne do pokonania bariery Coulomba okazały się mniejsze niż oczekiwano ze względu na tunelowanie mechaniki kwantowej , jak ustalił Gamow . Uwzględnienie przenikania barier przez tunelowanie i rozkładu prędkości prowadzi do powstania ograniczonego zakresu warunków, w których może zachodzić fuzja, znanych jako okno Gamowa .
Brak bariery kulombowskiej umożliwił odkrycie neutronu przez Jamesa Chadwicka w 1932 roku.