Campul fortelor nucleare

Bariera de potential. Nucleul format din protoni si neutroni este o formatie stabila, ceea ce da de nota ca intre nucleoni se exercita forte atractive foarte puternice, care, cel putin la distante mici, compenseaza si intrec fortele de repulsie electrostatice dintre protoni. Experientele de difuzie a particulelor  au aratat ca distente inferioare lui 10cm nu se mai aplica riguros legea lui Colomb, intrucat peste fortele de repulsie se suprapun fortele de atractie. Cu acelesi rezultate s-au soldat si experientele de difuzie a protonilor si neutronilor rapizi. La distante mici apar forte atractive chiar si intre protoni. Fortele atractive dintre nucleoni care asigura coeziunea nucleului se numesc forte nucleare. Ele sunt forte de bataie scurta, se anuleaza foarte repede cu distanta, spre deosebire de fortele coulombiene care se resimt inca la distante considerabile (forte de bataie lunga). In consecinta fortele de atractie nucleare vor actiona numai intre nucleonii vecini, iar fortele de repulsie electrostatice intre toti protonii din nucleu. In campul electrostatic al nucleului protonul poseda energia potentiala.

Reprezentand in functie de distanta r, se capata o hiperbola echilaterala. Daca se tine cont si de fortele atractive, in apropierea nucleului energia potentiala totala nu va creste la infinit, ci numai pana la maxim, atins atunci cand fortele atractive echilibreaza pe cele repulsive. Fie R distanta la care acest lucru se realizeaza. La distantele r<R atractia predomina si Ep scade, devenind chiar negativa in pozitia de echilibru stabil.

Variatia lui E in functie de r ne arata ca nucleul se afla intr-o groapa de potential, impresmuita de o bariera de potential de inaltime E . Presupunand ca distanta R masoara raza nucleului si ca legea lui Coulomb s-ar aplica pana la varful barierei, se poate evalua inaltimea barierei punand r=R in relatia.

Dupa conceptia clasica, o particula ar putea parasi nucleul daca ar ajunge pe varful barierei de potential. Odata ajunsa acolo, fortele de repulsie electrostatica ar efectua un lucru asupra ei, particula s-ar 'rostogoli' de pe bariera si ar primi o enrgie cinetica egala cu E. Datele experimentale contrazic insa aceasta conceptie clasica. Luand pentru raza nucleului de uraniu 9*10 cm, pentru inaltimea barierei de potential obtinem E=29MeV. Particulele emise de nucleul U au in schimb o energie de numai 4.15MeV. S-ar putea crede ca sa evaluat gresit raza nucleului. Dar razele emise de ThC', avand energia de 8.8 MeV, nu pot patrunde in nucleul U, Sunt reflectate de bariera de potential. Acest fenomen nu poate fi explicat cu ajutorul fizicii clasice. Lucrurile se petrec ca si cum particula din nucleu ar 'sapa un tunel' prin bariera de potential si energia sa ar corespunde numai inaltimii la care a fost

sapat acest tunel. Fenomenul a capatat denumirea de efect de tunel si a fost explicat doar de mecanica cuantica.