Química

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La barrera de Coulomb, denominada a partir de la ley de Coulomb, nombrada así por el físico Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), es la barrera de energía debida a la interacción electrostática que el núcleo atómico debe superar para experimentar una reacción nuclear. Esta barrera de energía es proporcionada por la energía potencial electrostática:

donde:

k es la constante de Coulomb = 8.9876×10⁹ N m² C⁻²;

ε₀ es la permeabilidad en el vacío;

q₁, q₂ son las cargas de las partículas que interactúan;

r es el radio de interacción.

Un valor positivo de U es debido a una fuerza de repulsión, así que las partículas que interactúan están a mayores niveles de energía cuando se acercan. Un valor negativo de la energía potencial U indica un estado de ligadura, debido a una fuerza atractiva.

La barrera de Coulomb aumenta con el número atómico, o sea, con el número de protones del núcleo en colisión:

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

Para superar esta barrera, el núcleo tiene que colisionar a altas velocidades, para que las energías cinéticas permitan que opere lainteracción nuclear fuerte y una las partículas.

Según la teoría cinética de los gases, la temperatura de un gas es solo una medida de la velocidad media de las partículas en ese gas. Para gases habituales, la distribución de Maxwell-Boltzmann proporciona la fracción de partículas que se mueven a una determinada velocidad como función de la temperatura, y así podemos obtener la fracción de partículas que se mueven a velocidades suficientemente altas para superar la barrera de Coulomb.

En la práctica, las temperaturas necesarias para superar la barrera de Coulomb resultan ser menores de las esperadas debido al efecto túnel cuántico, como fue establecido por Gamow. La consideración de barrera-penetración mediante el efecto túnel y la distribución de velocidades dan lugar a un número limitado de condiciones en las que la fusión puede llevarse a cabo, conocido como ventana de Gamow.

Barrera de Coulomb en la Fusión Con el fin de lograr la fusión nuclear, las partículas involucradas deben superar primero la repulsión eléctrica, con objeto de acercarse lo suficiente, para que la atractiva fuerza nuclear fuerte se haga cargo de fundir las partículas. Esto requiere temperaturas extremadamente altas, si solamente esta se considera en el proceso. En el caso del ciclo del protón en las estrellas, esta barrera es penetrada por el efecto túnel, permitiendo que el proceso se ejecute a temperaturas más bajas que la que se requeriría a las presiones alcanzables en el laboratorio. Considerando que la barrera fuera energía potencial eléctrica de dos cargas puntuales (por ejemplo, protones), la energía necesaria para lograr una separación r está dada por donde k = constante de Coulomb, y e, la carga del electrón. Dado el radio r en el que la fuerza de atracción nuclear se hace dominante, se puede calcular la temperatura necesaria para aumentar la energía térmicapromedio, a ese punto. Calcular

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Calcular la Barrera de Coulomb Si se conocen la separación nuclear y las cargas de las partículas, se puede calcular la altura de la barrera de Coulomb. La temperatura requerida para proporcionar esta energía en forma de energía térmica promedio para cada partícula, sería Estudio de la Barrera de Coulomb ¿Por Qué es tan Alta esta Temperatura?	Índice Conceptos de Fusión
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Temperatura Crítica de Ignición para la Fusión La temperatura de fusión obtenida al establecer la energía térmica promedia, igual a la barrera de Coulomb, da una temperatura demasiado alta, porque la fusión puede ser iniciada por aquellas partículas que están fuera de la cola de alta energía, de la distribución de Maxwell para las energías de las partículas. La temperatura crítica de ignición se reduce aún más, por el hecho de que algunas partículas que tienen energías por debajo de la barrera de Coulomb, puede atravesar la barrera por efecto túnel. La presunta altura de la barrera de Coulomb, se basa en la distancia a la que la fuerza nuclear fuerte podría superar la repulsión de Coulomb. La temperatura requerida puede ser sobreestimada si se utilizan para esta distancia los radios clásicos de los núcleos, ya que el rango de la interacción fuerte, es significativamente mayor que el radio clásico del protón. Con todas estas consideraciones, las temperaturas críticas para los dos casos más importantes son sobre la: Fusión deuterio-deuterio : 40 x 107 K Fusión deuterio-tritio: 4,5 x 107 K El TFTR alcanzó una temperatura de 5,1 x 108 K, bastante superior a la temperatura crítica de ignición de la fusión D-T. Comentarios sobre la Temperatura

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Temperaturas de Fusión Las temperaturas necesarias para superar la barrera de Coulomb para que ocurra la fusión, son tan altas como para requerir medios extraordinarios para su logro. Tales reacciones iniciadas térmicamentes, se denominan comúnmente fusiones termonucleares. Las temperaturas aproximadas son Fusión deuterio-deuterio : 40 x 107 K Fusión deuterio-tritio: 4,5 x 107 K En el Sol, el ciclo de fusión protón-protón se supone que ocurre a una temperatura mucho más baja, debido a la densidad extremadamente alta y la elevada población de partículas. Interior del Sol, ciclo del protón: 1,5 x 107 K

La barrera de Coulomb o barrera de Coulomb, llamado así por el físico Charles-Augustin de Coulomb, se debe a la interacción electrostática barrera de energía que dos núcleos necesitan superar eso puede ser lo suficientemente cerca como para proporcionar una reacción de fusión nuclear. La barrera de energía está dada por la energía potencial electrostática:

donde

Un valor positivo de U se debe a una fuerza de repulsión, por lo que las partículas que interactúan tendrá niveles de energía más altos cuando más cerca. Una energía potencial negativa indica un estado de la conexión.

La barrera de Coulomb aumenta con los números atómicos del núcleo de colisión:

donde e es la carga elemental 1,602 × 10 53 176 C, y los correspondientes números atómicos Zi.

Para superar esta barrera núcleos deben chocar a alta velocidad, y su energía cinética del plomo estrecha interacción lo suficientemente fuerte como para estar juntos y se unen.

Según la teoría cinética de los gases, la temperatura de un gas es la única medida de la velocidad media de las partículas en el gas. Para los gases comunes, la distribución de Maxwell-Boltzmann da la fracción de partículas que se mueven a una velocidad determinada como una función de esta temperatura del gas, a continuación, la fracción de partículas que se mueven a altas velocidades suficientes para superar la barrera de Coulomb puede ser derivada.

En la práctica, las temperaturas necesarias para superar la barrera de Coulomb serán menores de lo esperado debido al efecto túnel de la mecánica cuántica, según lo establecido por Gamow. La consideración de la penetración de la barrera por un túnel distribución de velocidad y un alcance limitado porque las condiciones en las que puede producirse la fusión, conocido como ventana Gamow.

Una fórmula empírica de esta energía es como sigue:

donde Z es el número atómico y el número de masa.