Coulombova barijera

Coulombova barijera, koja je nazvana prema Coulombovom zakonu, po poznatom fizičaru Charlesu-Augustinu de Coulombu (1736.-1806.), energetska je barijera zbog elektrostatskog međudjelovanja između dvije jezgre, koje one trebaju savladati, da bi se ostvarila nuklearna fuzija ili spajanje tih dviju jezgri. Ona je data sa energijom elektrostatičkog potencijala:

[math]\displaystyle{ U_{coul} = k {{q_1\,q_2} \over r}={1 \over {4 \pi \epsilon_0}}{{q_1 \, q_2} \over r} }[/math]

Gdje je

k je Coulombova konstanta = 8,9876×10⁹ N m² C⁻²;

ε₀ je dielektrična konstanta vakuuma

q₁, q₁ su naboji jezgri koje djeluju

r je udaljenost između jezgri ili radijus

Coulombova barijera se povećava s atomskim brojem (tj. s brojem protona) jezgri koje međusobno djeluju:

[math]\displaystyle{ U_{coul}={{k \, Z_1 \, Z_2 \, e^2} \over r} }[/math]

Gdje je e elementarni naboj, 1,602 176 53×10^-19 C, i Z_i je odgovarajući atomski broj.

Da bi svladali Coulombovovu barijeru, jezgre trebaju da se sudare s velikom brzinom, tako da je kinetička energija dovoljno velika, da bi mogla djelovati jaka nuklearna sila, koja će dvije jezgre povezati zajedno u novu jezgru.

Prema kinetičkoj teoriji plinova, temperatura plinova je mjera prosječne brzine čestica u plinu. Za normalne plinove, Maxwell-Boltzmannova distribucija daje raspodjelu kretanja čestica, koje se kreću dovoljno brzo da svladaju Coulombovovu barijeru.

U praksi, temperature koje trebaju da svladaju Coulombovovu barijeru, su nešto niže nego što se očekivalo, zbog kvantno-mehaničkog efekta tunela, koji je utvrdio George Gamow.