Coulomb barriere - Coulomb barrier

Den Coulomb barriere , oppkalt etter Coulombs lov , som i sin tur oppkalt etter fysikeren Charles Augustin Coulomb , er energibarrieren på grunn av elektrostatisk interaksjon som to kjerner må overvinne slik at de kan komme nær nok til å gjennomgå en kjernefysisk reaksjon .

Potensiell energibarriere

Denne energibarrieren er gitt av den elektrostatiske potensielle energien :

${\ displaystyle U _ {\ text {coul}} = k {{q_ {1} \, q_ {2}} \ over r} = {1 \ over {4 \ pi \ epsilon _ {0}}} {{q_ {1} \, q_ {2}} \ over r}}$

hvor

k er Coulombs konstante =8,9876 x 10 ⁹  nm ² · C ^-2 ;

ε ₀ er permittiviteten til ledig plass ;

q ₁ , q ₂ er ladningene til de interagerende partiklene;

r er samspillets radius.

En positiv verdi av U skyldes en frastøtende kraft, så interaktive partikler er på høyere energinivåer når de kommer nærmere. En negativ potensiell energi indikerer en bundet tilstand (på grunn av en attraktiv kraft).

Coulomb -barrieren øker med atomnummerene (dvs. antallet protoner) til de kolliderende kjernene:

${\ displaystyle U _ {\ text {coul}} = {{k \, Z_ {1} \, Z_ {2} \, e^{2}} \ over r}}$

hvor e er elementær ladning ,1,602 176 53 × 10 ⁻¹⁹  C , og Z _i de tilsvarende atomnummerene.

For å overvinne denne barrieren må kjerner kollidere med høye hastigheter, så deres kinetiske energier driver dem nært nok til at den sterke interaksjonen kan finne sted og binde dem sammen.

I følge den kinetiske teorien om gasser er temperaturen på en gass bare et mål på den gjennomsnittlige kinetiske energien til partiklene i den gassen. For klassiske ideelle gasser er hastighetsfordelingen av gasspartiklene gitt av Maxwell - Boltzmann . Fra denne fordelingen kan fraksjonen av partikler med en hastighet som er høy nok til å overvinne Coulomb -barrieren bestemmes.

I praksis viste det seg at temperaturen som trengs for å overvinne Coulomb -barrieren var mindre enn forventet på grunn av kvantemekanisk tunnelering , som etablert av Gamow . Hensynet til barriereinntrengning gjennom tunneling og hastighetsfordelingen gir opphav til et begrenset spekter av forhold der fusjon kan finne sted, kjent som Gamow-vinduet .

Fraværet av Coulomb -barrieren muliggjorde nøytronets oppdagelse av James Chadwick i 1932.

Referanser