Barriera Coulomb - Coulomb barrier

La barriera di Coulomb , dal nome della legge di Coulomb , che a sua volta prende il nome dal fisico Charles-Augustin de Coulomb , è la barriera energetica dovuta all'interazione elettrostatica che due nuclei devono superare per potersi avvicinare abbastanza da subire una reazione nucleare .

Potenziale barriera energetica

Questa barriera energetica è data dall'energia potenziale elettrostatica :

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

dove

k è la costante di Coulomb =8,9876 × 10 ⁹  N·m ² ·C ⁻² ;

ε ₀ è la permittività dello spazio libero ;

q ₁ , q ₂ sono le cariche delle particelle interagenti;

r è il raggio di interazione.

Un valore positivo di U è dovuto a una forza repulsiva, quindi le particelle interagenti si trovano a livelli di energia più elevati man mano che si avvicinano. Un'energia potenziale negativa indica uno stato legato (dovuto a una forza attrattiva).

La barriera di Coulomb aumenta con i numeri atomici (cioè il numero di protoni) dei nuclei in collisione:

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

dove e è la carica elementare ,1.602 176 53 × 10 ⁻¹⁹  C , e Z _i i corrispondenti numeri atomici.

Per superare questa barriera, i nuclei devono scontrarsi ad alta velocità, quindi le loro energie cinetiche li portano abbastanza vicini da consentire l' interazione forte e li legano insieme.

Secondo la teoria cinetica dei gas , la temperatura di un gas è solo una misura dell'energia cinetica media delle particelle in quel gas. Per i gas ideali classici la distribuzione della velocità delle particelle di gas è data da Maxwell-Boltzmann . Da questa distribuzione si può determinare la frazione di particelle con una velocità sufficientemente elevata da superare la barriera di Coulomb.

In pratica, le temperature necessarie per superare la barriera di Coulomb si sono rivelate inferiori al previsto a causa del tunneling quantomeccanico , come stabilito da Gamow . La considerazione della barriera-penetrazione attraverso il tunneling e la distribuzione della velocità dà luogo a una gamma limitata di condizioni in cui può avvenire la fusione, nota come finestra di Gamow .

L'assenza della barriera di Coulomb permise la scoperta del neutrone da parte di James Chadwick nel 1932.

Riferimenti