¿Cómo es posible la fusión?

Question

Es una pregunta muy tonta pero, alguna vez leí que la fusión era posible cuando el wavefunction que describe la posición de una partícula se traslapa con el wavefunction de otras partículas, pero creo que no entiendo perfectamente esto. ¿Esto significa que las partículas tienen la misma posición probable? ¿Tienen la misma posición? (Creo que tienen la misma posición debido a principio de exclusión de Pauli, pero no sé mucho sobre esto).

Answer 1

Estoy asumiendo que usted no ha tenido ningún matemático riguroso de la exposición de la mecánica cuántica. Déjeme saber si usted lo hace, y yo pueda apuntar más hacia el material específico.

Es difícil decir qué era exactamente lo que leen, pero aquí es mi suposición.

Por qué la Fusión es el de la Clásica "Imposible"

Hay repulsión de Coulomb entre dos protones cuya magnitud es: $F=k\frac{e^2}{r^2}$ donde $r$ es la distancia entre los dos protones. Esto implica que la repulsión se pone muy fuerte como los dos protones acercarse uno al otro. Usted puede pensar de esta forma, como una "barrera" que los protones no pueden penetrar fácilmente. Que es la electrostática lado de la historia.

Lo que realmente causa la fusión nuclear es la interacción nuclear fuerte, que es un tipo de fuerza fundamental de muy corto alcance efectivo. Que es que, para que dos protones para iniciar la fusión nuclear, tienen que tener muy cerca el uno del otro.

Así, la repulsión electrostática hace difícil de fusión. Si los dos protones fueron lo suficientemente cerca unos de otros que fuerte interacción desencadena la fusión, que tendrá "ridículo" energía cinética inicial. De lo contrario, se obtendrá repelido lejos por Coulomb la fuerza antes de entrar en el rango de las interacciones fuertes. Si hacemos el cálculo (semi-)clásica, la energía cinética (temperatura) requerida para penetrar la barrera electrostática es prácticamente imposible cantidad. (Por "clásico", me refiero a "no tomar la mecánica cuántica en cuenta.)

La Mecánica cuántica Salva el Día

Aquí es donde la mecánica cuántica entra en acción. La mecánica cuántica describe las partículas con wavefunctions que abarcan una amplia gama de posición (y otras variables físicas) en lugar de punto-como posiciones.

Quantum wavefunctions a menudo permiten que las partículas tienen probabilidad no nula de existencia de la llamada "clásicamente prohibida" de la región. Lo que esto significa es que, incluso si una partícula de energía puede ser demasiado baja para penetrar una barrera de energía, la mecánica cuántica permite una cierta probabilidad finita de la partícula que aparecen más allá de la barrera. Esto también es llamado "quantum túnel" efecto. Este es, creo, lo que se dice ser "superposición de la función de onda" en el texto que lee.

Así, en la energía (temperatura) mucho menor que la que se requiere de acuerdo a la clásica de cálculo, los protones tienen algunas (de baja, pero no nula) probabilidad de llegar lo bastante cerca para que la interacción fuerte, que puede desencadenar el proceso de fusión. Por lo tanto, la fusión nuclear proceso comienza mucho más bajos, algo factible de temperatura.

(Me llamó la participación de las partículas "protones", suponiendo un hidrógeno-hidrógeno de la colisión, pero el mismo principio es aplicable a los núcleos más pesados.)

Answer 2

No, pero estás en el camino correcto. La fusión se produce cuando ciertos núcleos llegar lo suficientemente cerca juntos que el corto alcance de la fuerza nuclear viene domina la repulsión de Coulomb. Recuerde que todos los núcleos tienen una carga positiva, en proporción al número de protones en el núcleo. Como dos de los núcleos de llegar muy cerca hay una fuerte repulsión de Coulomb. Esta es una razón por la que es tan difícil de producir reacciones de fusión. Si lo hacen lo suficientemente cerca para que la fuerza nuclear a entrar en el juego se pueden formar diferentes núcleos (elementos). La diferencia en las energías de enlace entre el inicial y el final de los núcleos es la energía liberada en una reacción de fusión. Una razón de que el Sol puede mantener la fusión nuclear es debido a que el núcleo de una estrella está a una densidad tan alta que los átomos/núcleos están cerca el uno del otro, permitiendo que ocurra la fusión. Y están a tan alta temperatura que el movimiento de los núcleos produce colisiones que traen los núcleos para la distancia de separación necesaria para que ocurra la fusión.