Megoszthatja ismereteit fejlesztésével ( hogyan? ) A megfelelő projektek ajánlásai szerint .
A nukleáris fizika , a Coulomb gát két kölcsönható atomi magok Eredmények a verseny közötti két erő: az elektrosztatikus taszítás erő között protonok (szerinti Coulomb „s törvény ), amely a hosszú távú; a nukleonok (neutronok + protonok) közötti erő, amely erősen vonzó, de kis hatótávolságon. Ez a gát határozza meg az atommagok fúziós és hasadási folyamatainak tulajdonságait.
Ez az elképzelés az 1930-as években alakult ki az atommagok spontán és indukált hasadásának kísérleti felfedezéseivel .
Amikor két mag összeér, potenciális kölcsönhatás- energiájuk Coulomb-taszítással növekszik , majd átmegy egy maximumon, amikor a vonzó atomerő elkezd hatni. A maximum magassága és helyzete meghatározza a Coulomb-gátat a 2 mag között. Ez az akadály aszimmetrikus, így megkülönböztethetjük:
Első közelítésként a 2 korlát alakja és helyzete azonos; pontosabban, szükséges, hogy figyelembe vegyék az alakváltozások a magok, amelyek különböző lehet során az osztódó és hasadási folyamatok, és a hatása a kvantum rétegek .
Az az elmélet, amely a Coulomb-gátakat kiszámítaná az elemi nukleon-nukleon kölcsönhatásból , meghaladja az elméleti és gyakorlati terjedelmet (lásd: Nukleáris szerkezet ). A számításokat a hipotézisek egyszerűsítésének árán végezzük, amelyeket empirikusan validálunk a kísérleti adatokkal, különösen az adiabatikus hipotézissel (az egyes lépésekben minimális az energia) és a formák sorrendjére vonatkozó paraméterek megválasztásával.
A hasadási gát meghatározásához a szülőmag teljes energiáját egy alakzatsor mentén kell kiszámítani, amely a kezdeti gömbmagtól kezdve 2 távoli leánymag kialakulásáig kezdődik. A hasadási gát magassága megegyezik a rendszer által elért maximális energia és a kezdeti energia különbségével.
A számítások nagy része a folyadékcsepp (GL) modelljén alapul , amelyhez hozzáadunk egy mag közelségi kölcsönhatást (NP), amely nagy deformációknál és a 2 gyermekmag elválásakor következik be:
Nukleáris folyadékcsepp modellben becsült hasadási akadályok | |||||
Atya mag | A = 32, Z = 16 | A = 56, Z = 28 | A = 180, Z = 80 | A = 220, Z = 92 | A = 248, Z = 100 |
Huzalmagok | 16 O + 16 O | 28 Si + 28 Si | 90 Zr + 90 Zr | 110 Pd + 110 Pd | 124 Sn + 124 Sn |
Hasadási gát | 10 MeV | 29 MeV | 10 MeV | 5 MeV | 0 |
A hasadási gátak maximumon átmennek az 50-60 tömegű magoknál, amelyek ezért nagyon stabilak; a magok a hasadás szempontjából instabillá válnak, amikor a töltések szorzata (Z 1 Z 2 ) meghaladja a 2000-et.
Folyadékcsepp-modellben Z protonokkal és R sugárral (fermis) rendelkező magok esetében a 2 mag közötti Coulomb-gát megközelíthető az egymástól 1,5 fermis magok elektrosztatikus energiájával, mert a mag kölcsönhatása még a 2 mag érintkezése előtt hat :
Becsült fúziós gát | |||||
Rendszer | 16 O + 16 O | 28 Si + 28 Si | 90 Zr + 90 Zr | 110 Pd + 110 Pd | 124 Sn + 124 Sn |
Fúziós gát | 15 MeV | 38 MeV | 208 MeV | 258 MeV | 292 MeV |
A fúziós gát folyamatosan növekszik a kölcsönhatásba lépő magok tömegével és töltésével.
Ha a hasadási gát pozitív, egy mag csak egy kvantumhatással, az alagút hatásával tud spontán kettéhasadni . A hasadás valószínűsége nagyon jelentősen függ a sorompó magasságától és szélességétől.
Könnyű magok esetében: az alfa radioaktivitás a domináns folyamat, amely aszimmetrikus hasadásnak tekinthető héliummag emisszióval. Nehéz magok esetében előnyben részesül a hasadás 2 gyermekmagba, amelyek töltése statisztikailag eloszlik a szülőmag töltésének felénél.
Ha egy mag nincs alapállapotban, a hasadási folyamat előnyben részesíthető; indukált hasadásról beszélünk. Például az atomerőművekben az urán hasadása, amelyet a neutronok abszorpciója indukál.
A gyorsítókban lévő magok ütközése a szögimpulzus átadását okozhatja a nyaláb és a cél magjai között. Az így létrejövő magok forgatása további kifejezést vezet be energiájukba, ami csökkenti a hasadási akadályt. A növekvő forgási sebességgel a mag deformálódik, majd spontán hasad.
Csak a neutronok, amelyek nincsenek elektromosan feltöltve, spontán összeolvadhatnak a maggal. Két töltött mag egyesüléséhez elegendő kinetikus energiát kell biztosítani számukra a Coulomb-gát áthaladásához, például:
- a magok közötti ütközésekben, amelyeket részecskegyorsítók okoznak ;
- a csillagok szívében, a nukleoszintézis folyamata során (a gravitáció által fűtött és összenyomott könnyű magok fúziója );
- fúziós reaktorokban , ahol a nukleoszintézist egy erőteljes mágneses mezők által fűtött és elzárt nukleáris anyag okozza .
Az utóbbi két esetben a szükséges hőmérséklet több százmillió K fok ( fúziós inerciális bezárással ).