Barreira de Coulomb - Coulomb barrier

A barreira de Coulomb , que leva o nome da lei de Coulomb , que por sua vez leva o nome do físico Charles-Augustin de Coulomb , é a barreira de energia devido à interação eletrostática que dois núcleos precisam superar para se aproximarem o suficiente para sofrer uma reação nuclear .

Barreira de energia potencial

Esta barreira de energia é dada pela energia potencial eletrostática :

Onde

k é a constante de Coulomb =8,9876 × 10 9  N · m 2 · C −2 ;
ε 0 é a permissividade do espaço livre ;
q 1 , q 2 são as cargas das partículas em interação;
r é o raio de interação.

Um valor positivo de U é devido a uma força repulsiva, então as partículas interagentes estão em níveis de energia mais altos à medida que se aproximam. Uma energia potencial negativa indica um estado limitado (devido a uma força atrativa).

A barreira de Coulomb aumenta com os números atômicos (ou seja, o número de prótons) dos núcleos em colisão:

onde e é a carga elementar ,1,602 176 53 × 10 −19  C , e Z i os números atômicos correspondentes.

Para superar essa barreira, os núcleos têm que colidem em altas velocidades, assim que suas energias cinéticas levá-los perto o suficiente para a interação forte para acontecer e aprisioná-los juntos.

De acordo com a teoria cinética dos gases , a temperatura de um gás é apenas uma medida da energia cinética média das partículas naquele gás. Para gases clássicos clássicos , a distribuição de velocidade das partículas de gás é dada por Maxwell-Boltzmann . A partir dessa distribuição, a fração de partículas com velocidade alta o suficiente para superar a barreira de Coulomb pode ser determinada.

Na prática, as temperaturas necessárias para superar a barreira de Coulomb acabaram sendo menores do que o esperado devido ao tunelamento mecânico quântico , conforme estabelecido por Gamow . A consideração da barreira de penetração através do túnel e da distribuição de velocidade dá origem a uma gama limitada de condições onde a fusão pode ocorrer, conhecida como janela de Gamow .

A ausência da barreira de Coulomb permitiu a descoberta do nêutron por James Chadwick em 1932.

Referências