Кулоновский барьер - Coulomb barrier

В Кулоновский барьер, названный в честь Закон Кулона, который, в свою очередь, назван в честь физика Шарль-Огюстен де Кулон, - энергетический барьер за счет электростатический взаимодействие, которое необходимо преодолеть двум ядрам, чтобы они могли подойти достаточно близко, чтобы претерпеть ядерная реакция.

Потенциальный энергетический барьер

Этот энергетический барьер задается электростатическая потенциальная энергия:

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

куда

k это Постоянная Кулона = 8.9876×10⁹ N м² C⁻²;

ε₀ это диэлектрическая проницаемость свободного пространства;

q₁, q₂ - заряды взаимодействующих частиц;

р - радиус взаимодействия.

Положительное значение U обусловлено силой отталкивания, поэтому взаимодействующие частицы находятся на более высоких уровнях энергии по мере приближения. Отрицательная потенциальная энергия указывает на связанное состояние (из-за силы притяжения).

Кулоновский барьер увеличивается с увеличением атомные номера (то есть количество протонов) сталкивающихся ядер:

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

куда е это элементарный заряд, 1.602 176 53×10⁻¹⁹ C и Z_я соответствующие атомные номера.

Чтобы преодолеть этот барьер, ядра должны сталкиваться с высокими скоростями, поэтому их кинетическая энергия приближает их достаточно близко для сильное взаимодействие иметь место и связать их вместе.

Согласно кинетическая теория газов, температура газа - это всего лишь мера средней кинетической энергии частиц в этом газе. Для классической идеальные газы распределение частиц газа по скоростям определяется выражением Максвелл – Больцманн. Из этого распределения можно определить долю частиц с достаточно высокой скоростью, чтобы преодолеть кулоновский барьер.

На практике температуры, необходимые для преодоления кулоновского барьера, оказываются ниже ожидаемых из-за квантово-механическое туннелирование, как установлено Гамов. Учет проникновения через барьер через туннелирование и распределение скорости приводит к ограниченному диапазону условий, при которых может происходить синтез, известным как Гамовское окно.

Отсутствие кулоновского барьера позволило открыть нейтрон Джеймс Чедвик в 1932 г.^[1][2]

Рекомендации

1. Чедвик, Джеймс (1932). «Возможное существование нейтрона». Природа. 129 (3252): 312. Bibcode:1932Натура. 129Q.312C. Дои:10.1038 / 129312a0.
2. Чедвик, Джеймс (1932). «Существование нейтрона». Труды Лондонского королевского общества A: математические, физические и инженерные науки. 136 (830): 692–708. Bibcode:1932RSPSA.136..692C. Дои:10.1098 / RSPA.1932.0112.