Coulombin este - Coulomb barrier

Coulomb este , joka on nimetty Coulombin laki , joka on puolestaan nimetty fyysikko Charles Augustin de Coulomb , on energiaa este johtuen elektrostaattisen vuorovaikutuksen että kaksi ydintä on voitettava, jotta he voivat saada tarpeeksi lähelle tehdään ydinreaktio .

Mahdollinen energiaeste

Tämän energiaesteen antaa sähköstaattinen potentiaalienergia :

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

missä

k on Coulombin vakio =8,9876 × 10 ⁹  N · m ² · C ⁻² ;

ε ₀ on vapaan tilan läpäisevyys ;

q ₁ , q ₂ ovat vuorovaikutuksessa olevien hiukkasten varauksia;

r on vuorovaikutussäde.

U: n positiivinen arvo johtuu vastenmielisestä voimasta, joten vuorovaikutuksessa olevat hiukkaset ovat korkeammalla energiatasolla lähestyessään. Negatiivinen potentiaalienergia osoittaa sidotun tilan (houkuttelevan voiman vuoksi).

Coulombin este kasvaa törmäävien ytimien atomilukujen (eli protonien lukumäärän) myötä:

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

missä e on perusvaraus ,1,602 176 53 × 10 ⁻¹⁹  C ja Z _i vastaavat atomiluvut.

Tämän esteen voittamiseksi ytimien on törmättävä suurilla nopeuksilla, joten niiden kineettiset energiat vievät heidät tarpeeksi lähelle voimakasta vuorovaikutusta ja sitovat ne yhteen.

Mukaan kineettisen teorian kaasuja , lämpötila kaasun on vain mitta keskimääräisen kineettisen energian hiukkasten että kaasua. Klassisten ideaalikaasujen osalta Maxwell – Boltzmann antaa kaasuhiukkasten nopeusjakauman . Tästä jakaumasta voidaan määrittää sellaisten hiukkasten osuus, joiden nopeus on tarpeeksi suuri Coulombin esteen voittamiseksi.

Käytännössä tarvittavat lämpötilat voittavat Coulombin esteen osoittautui odotettua pienempi johtuen kvanttimekaniikan tunnelointi , joka on osoitettu Gamow . Kun otetaan huomioon esteiden tunkeutuminen tunnelointiin ja nopeuden jakautuminen, syntyy rajallinen joukko olosuhteita, joissa fuusio voi tapahtua, eli Gamow-ikkuna .

Coulombin esteen puuttuminen mahdollisti neutronin löytämisen James Chadwickilta vuonna 1932.

Viitteet