Barrera de Coulomb

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

Barrera energética potencial

Esta barrera energética está dada por la energía potencial eléctrica:

Ucoul=q1q24π π ε ε 0r{displaystyle U_{text{coul}={q_{1},q_{2} over 4pi epsilon ¿Qué?

dónde

ε₀ es la autorización del espacio libre;

q₁, q₂ son los cargos 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:

Ucoul=Z1Z2e24π π ε ε 0r{displaystyle U_{text{coul}={Z_{1},Z_{2},e^{2}} over 4pi epsilon ¿Qué?

donde e es la carga elemental 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 como para que se produzca la 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 como 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 a la construcción de túneles de la mecánica cuántica, como lo estableció Gamow. La consideración de la penetración de barreras a través de túneles y la distribución de velocidades da lugar a un rango limitado de condiciones donde puede tener lugar la fusión, conocida como ventana de Gamow.

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