Γιατί τα πρωτόνια πρέπει να συγκρούονται με τέτοιες υψηλές ταχύτητες για να συγχωνευθούν στο Δευτερίριο;
1. Φράγμα Coulomb:
* Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα. Όπως οι χρεώσεις απωθεί, που σημαίνει ότι ασκούν μια ισχυρή ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ τους. Αυτή η δύναμη, γνωστή ως φράγμα Coulomb, ενεργεί ως σημαντικό εμπόδιο στα πρωτόνια που πλησιάζουν αρκετά για να συγχωνευθούν.
* Για να ξεπεραστεί αυτό το φράγμα, τα πρωτόνια χρειάζονται πολλή κινητική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια σχετίζεται άμεσα με την ταχύτητά τους, οπότε οι υψηλότερες ταχύτητες ισοδυναμούν με μεγαλύτερη κινητική ενέργεια.
* Σε υψηλές ταχύτητες, τα πρωτόνια έχουν αρκετή ενέργεια για να ξεπεράσουν την απωθητική δύναμη και να φτάσουν αρκετά κοντά για να αναλάβει η ισχυρή πυρηνική δύναμη, τραβώντας τους μαζί για να σχηματίσουν το δευτέριο.
2. Κβαντική σήραγγα:
* Ενώ το φράγμα Coulomb είναι τρομερό, τα πρωτόνια μπορούν μερικές φορές να "σήραγγα" μέσα από αυτό, ακόμη και αν δεν έχουν αρκετή κινητική ενέργεια για να την ξεπεράσουν εντελώς.
* Η κβαντική μηχανική επιτρέπει την πιθανότητα σωματιδίων που υπάρχουν σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα, συμπεριλαμβανομένης της ύπαρξης σε δύο θέσεις ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι ένα πρωτόνιο έχει μια μικρή, αλλά μη μηδενική πιθανότητα να εμφανιστεί στην άλλη πλευρά του φράγματος Coulomb ακόμη και χωρίς να έχει αρκετή ενέργεια για να φτάσει εκεί κλασικά.
* Ενώ η πιθανότητα της σήραγγας αυξάνεται με υψηλότερες ενέργειες, εξακολουθεί να είναι ένα σχετικά σπάνιο γεγονός. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο απαιτείται επίσης υψηλή πυκνότητα πρωτονίων για να αυξήσει τις πιθανότητες επιτυχούς σύντηξης.
Συνοπτικά:
* Οι υψηλές ταχύτητες παρέχουν την απαραίτητη κινητική ενέργεια για να ξεπεραστούν το φράγμα coulomb.
* Η κβαντική σήραγγα επιτρέπει στα πρωτόνια να παρακάμψουν το φράγμα σε κάποιο βαθμό, ακόμη και αν δεν έχουν αρκετή ενέργεια κλασικά.
Και οι δύο αυτοί παράγοντες συμβάλλουν στην ανάγκη για εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις (οι οποίες μεταφράζονται σε υψηλές ταχύτητες) για την εμφάνιση πυρηνικής σύντηξης. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αντιδράσεις σύντηξης συνήθως πραγματοποιούνται σε εξαιρετικά ζεστά και πυκνά περιβάλλοντα όπως αστέρια ή σε ελεγχόμενους αντιδραστήρες σύντηξης.
