Coulombbarriere

Der Begriff Coulombbarriere (Coulombbarriere) bezeichnet die elektrostatische Abstoßung zwischen zwei positiv geladenen Atomkernen, die einer Kernreaktion wie der Fusion entgegensteht. Damit eine Reaktion stattfinden kann, müssen die Kerne nahe genug zusammenkommen, damit die starke Kernkraft wirksam wird. Liegt die relative kinetische Energie der Teilchen unterhalb der Barrierehöhe, so kann die Fusion nur durch Quanten-Tunneln durch die Barriere erfolgen; liegende Energien oberhalb der Barriere ermöglichen eine direkte Durchdringung.

Die Barrierehöhe hängt primär von den Kernladungen Z1 und Z2 und vom Abstandsmaß R ab. Eine häufig verwendete grobe Verschränkung der Barrierehöhe lautet EC ≈ (1/(4πε0)) Z1 Z2 e^2 / R, wobei R etwa r0 (A1^(1/3) + A2^(1/3)) mit r0 ca. 1,2 fm erfüllt. Für schwere Kerne kann EC im Bereich mehrerer zehn MeV liegen, während leichtere Systeme niedrigere Barrierehöhen haben. Die Barriere ist kein scharfer Sprung, sondern eine allmähliche Barriere, deren Form durch Coulomb- und Kernwechselwirkungen bestimmt wird.

Im energiesmäßig unterhalb der Barriere liegenden Bereich sinkt der Reaktionsquerschnitt stark, weil die Teilchen durch Quanten-Tunneln hindurch in den reaktiven Abstand gelangen müssen. Rahmenmodelle wie das Barrier-Penetration-Modell oder das Wong-Modell beschreiben die Eindringwahrscheinlichkeit. In der Astrophysik bestimmt der Coulombbarriere die Reaktionsraten von Sternprozessen, während sie in der Kernphysik Reaktions- und Experimenteinflüsse maßgeblich beeinflusst.