¿Qué condiciones son necesarias para que la fuerza nuclear atractiva supere la fuerza electrostática en la fusión? ¿Por que sucede?

Excelente pregunta Los átomos necesitan estar unos pocos femtómetros cerca de la fusión. Tienes razón: necesitan superar la barrera electrostática para que esto suceda. En realidad, esto sería imposible, si no fuera por un efecto de túnel que reduce la barrera.

Pero, ¿qué los hace fusionarse? En pocas palabras: la fuerte fuerza de unión nuclear.

Esta es una explicación simplista . Pero, para átomos pequeños, la fuerza es demasiado fuerte. Entonces, al agregar (+) protones al átomo, “equilibra la fuerza”. Para los átomos grandes, la fuerza es demasiado débil. Los protones (+) quieren volar separados. Entonces el átomo hace fisión para llegar a un tamaño ideal.

El átomo está tratando de maximizar su relación de energía a masa. Para alcanzar el tamaño perfecto. Ese tamaño? Hierro-56: el átomo más estable. Puedes ver esto en la gráfica de energías por nucleón. El hierro tiene la proporción más alta, por lo que es el más estable.

Toda esta teoría se desarrolló en la década de 1930. El tipo que hizo gran parte del trabajo fue el Dr. Hans Bethe. Tuve que leer su artículo: “Física nuclear: estados estacionarios de los núcleos” cuando escribía mi tesis. Es de 1936. Puedes leerlo aquí.

La forma más fácil de obtener fusión es en un fusor. Un fusor usa una caída de voltaje para golpear dos (+) átomos de hidrógeno juntos. Por lo general, se necesitan alrededor de 10,000 a 20,000 voltios. A continuación se muestra un video sobre cómo hacer un fusor en su garaje.

Todo lo que se requiere es que los nucleones estén lo suficientemente cerca uno del otro. Eso puede ser difícil de hacer cuando los nucleones son ambos protones debido a la repulsión electrostática, pero una vez que la separación es del orden de un femómetro, la fuerza fuerte es mayor que la fuerza repulsiva culombiana. Obviamente para los neutrones, no hay fuerza repulsiva.

Para que dos protones se acerquen tanto, se deben juntar con grandes cantidades de energía cinética, lo que significa que la reacción tendrá lugar solo cuando la temperatura es extremadamente alta para superar la fuerza repulsiva, y la densidad de protones es suficientemente alta. (alta presión) para que las colisiones realmente sucedan.