Coulomb bariyeri - Coulomb barrier

Adını fizikçi Charles-Augustin de Coulomb'dan alan Coulomb yasasından alan Coulomb bariyeri , iki çekirdeğin bir nükleer reaksiyona girecek kadar yakın olabilmeleri için aşması gereken elektrostatik etkileşimden kaynaklanan enerji bariyeridir .

Potansiyel enerji bariyeri

Bu enerji bariyeri, elektrostatik potansiyel enerji tarafından verilir :

nerede

k , Coulomb sabitidir =8.9876 × 10 9  N·m 2 ·C −2 ;
ε 0 , boş alanın geçirgenliğidir ;
q 1 , q 2 etkileşen parçacıkların yükleridir;
r etkileşim yarıçapıdır.

U'nun pozitif değeri itici bir kuvvetten kaynaklanır, bu nedenle etkileşen parçacıklar yaklaştıkça daha yüksek enerji seviyelerinde olurlar. Negatif bir potansiyel enerji, bağlı bir durumu gösterir (çekici bir kuvvet nedeniyle).

Çarpışan çekirdeklerin atom numaraları (yani proton sayısı) ile Coulomb bariyeri artar :

burada E bir basit şarj ,1.602 176 53 × 10 −19  C ve Z i karşılık gelen atom numaraları.

Bu engeli aşmak için çekirdeklerin yüksek hızlarda çarpışması gerekir, bu nedenle kinetik enerjileri onları güçlü etkileşimin gerçekleşmesi ve onları birbirine bağlaması için yeterince yakına götürür.

Gazların kinetik teorisine göre , bir gazın sıcaklığı, o gazdaki parçacıkların ortalama kinetik enerjisinin sadece bir ölçüsüdür. Klasik ideal gazlar için gaz parçacıklarının hız dağılımı Maxwell–Boltzmann tarafından verilir . Bu dağılımdan, Coulomb engelini aşmak için yeterince yüksek bir hıza sahip parçacıkların oranı belirlenebilir.

Uygulamada, Coulomb bariyerini aşmak için gereken sıcaklıklar , Gamow tarafından belirlenen kuantum mekanik tünelleme nedeniyle beklenenden daha düşük çıktı . Tünel açma yoluyla bariyere nüfuz etme ve hız dağılımının dikkate alınması, Gamow penceresi olarak bilinen füzyonun gerçekleşebileceği sınırlı bir dizi koşula yol açar .

Coulomb bariyerinin yokluğu, nötronun 1932'de James Chadwick tarafından keşfedilmesini sağladı .

Referanslar