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クーロン障壁は、物理学者シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロンにちなんで名付けられたクーロンの法則に由来し、 2つの原子核が核融合などの核反応を起こすのに十分な距離まで近づくために乗り越えなければならない、 静電相互作用によって生じるエネルギー障壁である。
このエネルギー障壁は、電気ポテンシャルエネルギーによって与えられる。
どこ
Uの値が正の場合は斥力によるものであり、相互作用する粒子は近づくほどエネルギー準位が高くなります。負のポテンシャルエネルギーは束縛状態（引力による）を示します。
クーロン障壁は、衝突する原子核の原子番号（すなわち陽子の数）とともに増加する。
ここで、 eは素電荷、Z iは対応する原子番号である。
この障壁を克服するには、原子核が高速で衝突し、その運動エネルギーによって十分に接近して強い相互作用が起こり、原子核同士が結合する必要がある。
気体分子運動論によれば、気体の温度は、その気体中の粒子の平均運動エネルギーの尺度にすぎない。古典的な理想気体の場合、気体粒子の速度分布はマクスウェル・ボルツマン分布によって与えられる。この分布から、クーロン障壁を乗り越えるのに十分な速度を持つ粒子の割合を決定することができる。
実際には、ガモフによって確立された量子力学的トンネル効果により、クーロン障壁を克服するために必要な温度は予想よりも低いことが判明した。トンネル効果による障壁の透過と速度分布を考慮すると、核融合が起こり得る条件の範囲が限定され、これはガモフの窓として知られている。
電荷を持たない粒子にはクーロン障壁が存在しないことから、1932年にジェームズ・チャドウィックによって中性子が発見された。[ 1 ] [ 2 ]
核融合のメカニズムとパラメータ、特に科学的および教育的な目的でクーロン障壁をモデル化する方法については、大きな関心が寄せられています。クーロン障壁は一種のポテンシャルエネルギー障壁であり、核融合において中心的な役割を果たします。これは、2つの基本的な相互作用、すなわち約1フェムトメートル（fm）以内の近距離における強い相互作用と、クーロン障壁を超えた遠距離における電磁相互作用の相互作用によって生じます。
強い相互作用の微視的な範囲と、他の基本的な力に対するその特異な振る舞いは、モデル化を困難にしており、人間のスケールでは古典的な例は存在しません。 重力と静電気力は、それらの間の距離の二乗の逆数に比例します。しかし、短い距離では、強い力は引力であり、実際には距離とともに増加し（約 1 fm まで）、それを超えると相互作用は急激に反発力に変化します。この奇妙な振る舞いを視覚的かつ触覚的に表現した教室用モデルは、カリフォルニア州サクラメントで開催された米国物理教師アカデミーの 2023 年全国装置コンテストで最優秀賞を受賞しました。この装置は、交互に配置された反平行な二重 N 磁石と単一 S 磁石の円形配列を使用して、非対称な交互 N/S 磁場を生成し、約 1 cm 以内では強い磁気引力、約 1 cm を超える距離では弱い反発力をもたらします。磁気「クーロン」障壁装置の安価な 3D プリントモデルの作り方は、後続のPhysics Education出版物に記載されています。[ 3 ]
1873年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは『電気と磁気に関する論文』の中で、電磁気の基本力として磁力と電気力を統一した。磁気「クーロン」障壁装置の場合、関連する磁気ポテンシャルエネルギー障壁特許（US11,087,910 B2）に記載されているように、交互に/不均等な非対称の北/南磁極の間にポテンシャルエネルギー障壁が生じる。添付の方法では、この現象をさらに拡張し、交互に/不均等な正と負の静電荷を使用して静電ポテンシャルエネルギー障壁のモデル化も含む。ポテンシャルエネルギー障壁と融合ポテンシャル曲線は、それぞれ6つの等間隔の上向き（+2/3）および下向き（-1/3）クォーク電荷の直線配置としてモデル化された一対の重水素の間に生じることが示されている。[ 4 ]
