Barrera de Coulomb - Coulomb barrier

La barrera de Coulomb , que lleva el nombre de la ley de Coulomb , que a su vez lleva el nombre del físico Charles-Augustin de Coulomb , es la barrera de energía debida a la interacción electrostática que dos núcleos deben superar para poder acercarse lo suficiente como para sufrir una reacción nuclear .

Barrera de energía potencial

Esta barrera de energía viene dada por la energía potencial electrostática :

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

dónde

k es la constante de Coulomb =8,9876 × 10 ⁹  N · m ² · C ⁻² ;

ε ₀ es la permitividad del espacio libre ;

q ₁ , q ₂ son las cargas de las partículas que interactúan;

r es el radio de interacción.

Un valor positivo de U se debe a una fuerza repulsiva, por lo que las partículas que interactúan tienen niveles de energía más altos a medida que se acercan. Una energía potencial negativa indica un estado ligado (debido a una fuerza de atracción).

La barrera de Coulomb aumenta con los números atómicos (es decir, el número de protones) de los núcleos en colisión:

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

donde e es la carga elemental ,1.602 176 53 × 10 ⁻¹⁹  C , y Z _i los números atómicos correspondientes.

Para superar esta barrera, los núcleos tienen que colisionar a altas velocidades, por lo que sus energías cinéticas los acercan lo suficiente para que se produzca una fuerte interacción y los unan.

Según la teoría cinética de los gases , la temperatura de un gas es solo una medida de la energía cinética promedio de las partículas en ese gas. Para los gases ideales clásicos , la distribución de velocidades de las partículas de gas viene dada por Maxwell-Boltzmann . A partir de esta distribución, se puede determinar la fracción de partículas con una velocidad lo suficientemente alta para superar la barrera de Coulomb.

En la práctica, las temperaturas necesarias para superar la barrera de Coulomb resultaron ser menores de lo esperado debido al túnel de la mecánica cuántica , según lo establecido por Gamow . La consideración de la penetración de la barrera a través de la construcción de túneles y la distribución de la velocidad da lugar a un rango limitado de condiciones en las que puede tener lugar la fusión, conocidas como la ventana de Gamow .

La ausencia de la barrera de Coulomb permitió el descubrimiento del neutrón por James Chadwick en 1932.

Referencias