クーロン力

原子核同士が融合するためには、互いに接近して核力と呼ばれる強い引力が働く距離まで近づく必要があります。しかし、原子核は正の電荷を持つ陽子で構成されているため、互いに近づくとクーロン力と呼ばれる電気的な反発力が生じます。この反発力は、まるで原子核の周りにエネルギーの壁を作っているかのようです。このエネルギーの壁が、クーロン障壁と呼ばれています。クーロン障壁を乗り越えるためには、原子核に十分な運動エネルギーを与え、電気的な反発力に打ち勝つ必要があります。ちょうど、高い山を越えるには、山の高さに応じたエネルギーが必要なのと同じです。クーロン障壁の高さは、原子核の電荷の大きさに比例します。つまり、原子番号が大きいほど、原子核に含まれる陽子の数が増え、電荷も大きくなるため、クーロン障壁も高くなります。また、原子核に近づけようとする粒子も正の電荷を持つ場合、その電荷が大きいほど、クーロン障壁は高くなります。太陽のような恒星の中心部では、高温高圧の環境下で原子核が高速で運動しているため、クーロン障壁を乗り越えて核融合反応が起こっています。水素原子核同士が融合してヘリウム原子核が生成される際、莫大なエネルギーが放出されます。これは、太陽の輝きと熱の源となっています。地上で核融合を実現するためには、太陽の中心部と同様に高温高圧状態を作り出すか、加速器などを用いて原子核に高い運動エネルギーを与え、クーロン障壁を乗り越えさせる必要があります。しかし、クーロン障壁は原子番号が大きくなるほど急激に高くなるため、特に重い原子核の融合は非常に困難です。そのため、現在研究されている核融合発電では、クーロン障壁が比較的低い水素の同位体である重水素と三重水素が燃料として有力視されています。