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Concept
Barrière coulombienne
Résumé
En physique nucléaire, la barrière coulombienne entre deux noyaux atomiques en interaction résulte de la compétition entre deux forces : la force de répulsion électrostatique entre les protons (selon la loi de Coulomb), qui est à longue portée (théoriquement jusqu'à l'infini), et la force nucléaire entre les nucléons (neutrons et protons), qui est fortement attractive mais à courte portée (de l'ordre du femtomètre). Cette barrière détermine les propriétés des processus de fusion et de fission des noyaux atomiques.
Cette notion a pris forme dans les années 1930, avec les travaux de George Gamow sur la radioactivité alpha, puis avec les découvertes expérimentales de la fission spontanée et de la fission induite des noyaux atomiques.
Quand deux noyaux atomiques se rapprochent, leur énergie potentielle d’interaction augmente avec la répulsion coulombienne, puis passe par un maximum lorsque la force nucléaire attractive commence à agir. La hauteur du maximum et sa position déterminent la barrière coulombienne entre les deux noyaux. Cette barrière est dissymétrique, on distingue donc :
la barrière de fusion : lorsque deux noyaux se rapprochent pour fusionner, la hauteur de la barrière est leur énergie potentielle maximale, mesurée à partir de leur position initiale (supposée à l’infini) ;
la barrière de fission : lorsqu’un noyau fissionne en deux noyaux fils, la hauteur de la barrière se mesure par rapport à l’énergie potentielle du noyau initial dans son état fondamental. Ce processus vaut aussi bien pour la fission des noyaux très lourds, que pour la radioactivité alpha, qui correspond à une fission dont un des noyaux fils est un noyau d’He4
vignette|Illustration de la barrière coulombienne entre deux noyaux dans les processus de fusion et de fission nucléaires.
En première approximation, la forme et la position des deux barrières sont identiques ; les calculs plus précis prennent en compte les déformations des noyaux qui peuvent être différentes lors des processus de fission et fission, et des effets de couches quantiques.
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