Кулонаўскі бар’ер

Кулонаўскі бар'ер — патэнцыйны бар'ер, які неабходна пераадолець атамным ядрам (якія зараджаны дадатна) для таго, каб зблізіцца адзін з адным для ўзнікнення прыцягнення, выкліканага караткадзеючым моцным узаемадзеяннем нуклонаў (ядзернымі сіламі). Кулонаўскі бар'ер з'яўляецца следствам таго, што, паводле закону Кулона, аднолькава зараджаныя целы адштурхваюцца. На малых адлегласцях (парадку 1 фм) ядзерныя сілы паміж двума пратонамі мацнейшыя за кулонаўскія сілы, якія расштурхваюць аднолькава зараджаныя часціцы; аднак ядзерныя сілы ўбываюць з ростам адлегласці значна хутчэй за кулонаўскія сілы. У выніку залежнасць сумарнага патэнцыялу ўзаемадзеяння ядраў ад адлегласці мае максімум (вяршыню кулонаўскага бар'ера) на некаторай адлегласці.

Сіла ўзаемадзеяння двух пратонаў ці двух лёгкіх ядраў як функцыя адлегласці паміж імі.

Кулонаўскі бар'ер перашкаджае ходу тэрмаядзернай рэакцыі ў плазме. Справа ў тым, што нават пры тэмпературах у некалькі тысяч кельвінаў (калі рэчыва ужо пераходзіць у стан плазмы), кінетычнай энергіі ядраў усё яшчэ недастаткова для іх збліжэння на адлегласць, пры якой ядзерныя сілы прыцягнення стануць большымі за сілы кулонаўскага адштурхвання. Толькі пры тэмпературах парадку мільёнаў кельвінаў верагоднасць пераадолець кулонаўскі бар'ер за кошт тунэлявання становіцца прыкметнай, і пачынае ісці самападтрымная тэрмаядзерная рэакцыя. Менавіта такія ўмовы рэалізуюцца ў цэнтры зорак, у прыватнасці, унутры Сонца.

Кулонаўскім бар'ерам называюць таксама патэнцыйны бар'ер, які павінна пераадолець альфа-часціца для вылету з ядра пры альфа-распадзе. Лагічна гэты тэрмін не зусім слушны, паколькі кулонаўскае ўзаемадзеянне адштурхвае альфа-часціцу ад ядра (тым самым спрыяючы яе вылету), тады як прыцягненне альфа-часціцы да ядра абумоўлена ядзернымі сіламі; патэнцыйны бар'ер, які перашкаджае альфа-распаду, ствараецца менавіта ядзернымі сіламі. Кулонаўскі бар'ер (разам з меней значным цэнтрабежным бар'ерам) пры альфа-распадзе пераадольваецца дзякуючы тунэляванню. Верагоднасць тунэлявання моцна (экспанентна) залежыць ад вышыні і шырыні бар'ера, таму перыяд паўраспаду альфа-актыўных ядраў хутка расце з памяншэннем энергіі распаду: ядры з энергіяй распаду каля 8 МэВ распадаюцца за мікрасекунды (напрыклад, ²¹⁴Po), тады як альфа-распад з энергіяй каля 2 МэВ адбываецца ў сярэднім за час, што значна перавышае ўзрост Сусвету (напрыклад, ¹⁸⁰W).

Велічыня кулонаўскага бар'ера вызначаецца формулай

$B_{k}={\frac {Zze^{2}}{R}}$

дзе $\ Z$, $\ z$ — атамныя нумары налятаючай (вылятаючай) часціцы і ядра адпаведна, $\ R$ — эфектыўны радыус ядра (адлегласць, на якой моцнае ўзаемадзеянне пачынае пераважаць над кулонаўскім), $\ e$ — зарад электрона.

Гл. таксама

• Цэнтрабежны бар'ер