Barrera de Coulomb

La barrera de Coulomb o barrera culombiana, denominada a partir de la llei de Coulomb, nomenada aixina pel físic Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806), és la barrera d'energia produïda per l'interacció electrostàtica que el núcleu atòmic deu superar per a experimentar una reacció nuclear. Esta barrera d'energia és proporcionada per l'energia potencial electrostàtica:

Erro al crear miniatura:

Barrera culombiana.

$U_{coul}=k\frac{q_1{q}_2}{r}=\frac{1}{4\pi {ϵ}_0}\frac{q_1{q}_2}{r}$

a on:

k és la constant de Coulomb = 8.9876×10⁹ N m² C⁻²;

ε₀ és la permeabilidad en el buit;

q₁, q₂ són les càrregues de les partícules que interactuen;

r és el radi d'interacció.

Un valor positiu d'O és per una força de repulsió, aixina que les partícules que interactuen estan a majors nivells d'energia quan s'acosten. Un valor negatiu de l'energia potencial O indica un estat de lligam, per una força atractiva.

La barrera culombiana aumenta en el número atòmic, o siga, en el número de protones del núcleu en colisió:

$U_{coul}=\frac{k{Z}_1{Z}_2{e}^2}{r}$

a on i és la càrrega elemental, 1,602 176 53×10⁻¹⁹ C, i Z_i els corresponents número atòmic.

Per a superar este obstàcul, el núcleu té que colisionar a altes velocitats, per a que les energies cinètiques permeten que opere l'interacció nuclear forta i una les partícules.

Segons la teoria cinètica dels gasos, la temperatura d'un gas és solament una mida de la velocitat mija de les partícules en eixe gas. Per a gasos habituals, la distribució de Maxwell-Boltzmann proporciona la fracció de partícules que es mouen a una determinada velocitat com a funció de la temperatura, i aixina podem obtindre la fracció de partícules que es mouen a velocitats suficientment altes per a reglotar la barrera de Coulomb.

En la pràctica, les temperatures necessàries per a superar la barrera de Coulomb resulten ser menors de les esperades pel efecte túnel quàntic, com va ser establit per Gamow. La consideració de barrera-penetració per mig de l'efecte túnel i la distribució de velocitats donen lloc a un número llimitat de condicions en les que la fusió pot portar-se a terme, conegut com pico de Gamow.