Kiirgavad elektromagnetlained kannavad energiat endaga kaasa. Kiirguse energiaomadused mängivad olulist rolli, kuna need määravad kiirgusallikate mõju selle vastuvõtjatele.
slaid 2
Elektromagnetlained
Elektromagnetlainete olemasolu ennustas teoreetiliselt suur inglise füüsik J. Maxwell 1864. aastal. Maxwell analüüsis kõiki selleks ajaks teadaolevaid elektrodünaamika seadusi ja tegi katse rakendada neid ajas muutuvate elektri- ja magnetväljade puhul. Ta juhtis tähelepanu elektriliste ja magnetiliste nähtuste vaheliste suhete asümmeetriale. Maxwell tõi füüsikasse keerise elektrivälja mõiste ja pakkus välja Faraday 1831. aastal avastatud elektromagnetilise induktsiooni seaduse uue tõlgenduse: Igasugune magnetvälja muutus tekitab ümbritsevas ruumis keerise elektrivälja, mille jõujooned. on suletud.
slaid 3
Maxwell oletas pöördprotsessi olemasolu: ajas muutuv elektriväli tekitab ümbritsevas ruumis magnetvälja.
Maxwelli hüpotees. Muutuv elektriväli tekitab magnetvälja Elektromagnetilise induktsiooni seadus Maxwelli tõlgenduses See hüpotees oli vaid teoreetiline oletus, millel ei olnud eksperimentaalset kinnitust, kuid selle põhjal õnnestus Maxwellil kirja panna järjepidev vastastikusi teisendusi kirjeldav võrrandisüsteem. elektri- ja magnetväljade, st elektromagnetväljade võrrandisüsteemi (Maxwelli võrrandid).
slaid 4
Maxwelli teooriast tuleneb mitmeid olulisi järeldusi:
Seal on elektromagnetlained, see tähendab ruumis ja ajas leviv elektromagnetväli. Elektromagnetlained on risti – vektorid on üksteisega risti ja asetsevad laine levimise suunaga risti asetseval tasapinnal Sinusoidne (harmooniline) elektromagnetlaine. Vektorid B, E ja V on üksteisega risti I-ga.
slaid 5
Elektromagnetlained levivad aines piiratud kiirusega
Siin on ε ja μ aine dielektriline ja magnetiline läbilaskvus, ε0 ja μ0 elektrilised ja magnetilised konstandid: ε0 = 8,85419 10–12 F/m, μ0 = 1,25664 10–6 H/m. Lainepikkus λ siinuslaines on seotud laine levimise kiirusega υ seosega λ = υT = υ / f, kus f on elektromagnetvälja võnkumiste sagedus, T = 1 / f. Elektromagnetlainete kiirus vaakumis (ε = μ = 1): Elektromagnetlainete levimiskiirus c vaakumis on üks põhilisi füüsikalisi konstante. Maxwelli järeldus elektromagnetlainete lõpliku levimiskiiruse kohta oli vastuolus tol ajal vastu võetud kaugmaa teooriaga, mille kohaselt eeldati, et elektri- ja magnetvälja levimiskiirus on lõpmatult suur. Seetõttu nimetatakse Maxwelli teooriat lühimaa teooriaks. II
slaid 6
III
Elektromagnetlaines toimuvad elektri- ja magnetvälja vastastikused muundumised. Need protsessid toimuvad samaaegselt ning elektri- ja magnetväli toimivad võrdsete "partneritena". Seetõttu on elektri- ja magnetenergia mahutihedused üksteisega võrdsed: wе = wм. Sellest järeldub, et elektromagnetlaines on igas ruumipunktis magnetvälja B induktsiooni ja elektrivälja E tugevuse moodulid seotud seosega
Slaid 7
IV
Elektromagnetlained kannavad energiat. Lainete levimisel tekib elektromagnetilise energia voog. Kui valime ala S, mis on orienteeritud laine levimise suunaga risti, siis lühikese aja Δt jooksul voolab läbi ala energia ΔWem, mis on võrdne
Slaid 8
Voolutihedust või intensiivsust I nimetatakse elektromagnetiliseks energiaks, mida laine kannab ajaühikus läbi pindalaühiku pinna:
Asendades siin avaldised wе, wм ja υ, saame: Energiavoogu elektromagnetlaines saab määrata vektori I abil, mille suund langeb kokku laine levimise suunaga ja moodul on võrdne EB / μμ0. Seda vektorit nimetatakse Poyntingi vektoriks. Siinus- (harmoonilise) laine vaakumis on elektromagnetilise energia voo tiheduse keskmine väärtus Iav, kus E0 on elektrivälja tugevuse võnkumiste amplituud. Energiavoo tihedust SI-des mõõdetakse vattides ruutmeetri kohta (W/m2).
Slaid 9
v.
Maxwelli teooriast järeldub, et elektromagnetlained peavad avaldama survet neelavale või peegeldavale kehale. Elektromagnetilise kiirguse rõhku seletatakse asjaoluga, et laine elektrivälja mõjul tekivad aines nõrgad voolud, see tähendab laetud osakeste korrapärane liikumine. Neid voolusid mõjutab Ampere jõud laine magnetvälja küljelt, mis on suunatud aine paksusele. See jõud tekitab sellest tuleneva rõhu. Tavaliselt on elektromagnetkiirguse rõhk tühine. Nii on näiteks Maale tuleva päikesekiirguse rõhk absoluutselt neelaval pinnal ligikaudu 5 μPa. Esimesed katsed peegelduvatele ja neelavatele kehadele avalduva kiirgusrõhu määramiseks, mis kinnitasid Maxwelli teooria järeldust, viis P. N. Lebedev läbi 1900. aastal. Lebedevi katsetel oli suur tähtsus Maxwelli elektromagnetilise teooria heakskiitmisel.
Slaid 10
Elektromagnetlainete rõhu olemasolu võimaldab järeldada, et elektromagnetväljale on omane mehaaniline impulss. Elektromagnetvälja impulsi ruumalaühikus väljendab seos
kus wem on elektromagnetilise energia mahutihedus, c on laine levimise kiirus vaakumis. Elektromagnetilise impulsi olemasolu võimaldab meil tutvustada elektromagnetilise massi mõistet. Mahuühikus oleva välja puhul Sellest järeldub: See suhe elektromagnetvälja massi ja energia vahel ruumalaühikus on universaalne loodusseadus. Spetsiaalse relatiivsusteooria järgi kehtib see kõigi kehade kohta, sõltumata nende olemusest ja sisemisest ehitusest. Seega on elektromagnetväljal kõik materiaalsete kehade tunnused – energia, piiratud levikiirus, impulss, mass. See viitab sellele, et elektromagnetväli on üks aine olemasolu vorme.
slaid 11
VI.
Esimene eksperimentaalne kinnitus Maxwelli elektromagnetilisele teooriale anti umbes 15 aastat pärast teooria loomist G. Hertzi katsetes (1888). Hertz mitte ainult ei tõestanud eksperimentaalselt elektromagnetlainete olemasolu, vaid hakkas esimest korda uurima nende omadusi – neeldumist ja murdumist erinevates keskkondades, peegeldumist metallpindadelt jne.. Tal õnnestus mõõta elektromagnetlainete lainepikkust ja levimiskiirust, mis osutus võrdseks valguse kiirusega . Hertzi katsetel oli otsustav roll Maxwelli elektromagnetilise teooria tõestamisel ja tunnustamisel. Seitse aastat pärast neid katseid leidsid elektromagnetlained traadita sides rakendust (A. S. Popov, 1895).
slaid 12
VII
Elektromagnetlaineid saavad ergutada ainult kiiresti liikuvad laengud. Alalisvooluahelad, milles laengukandjad liiguvad püsiva kiirusega, ei ole elektromagnetlainete allikaks. Kaasaegses raadiotehnikas toodetakse elektromagnetlainete kiirgust erineva konstruktsiooniga antennide abil, milles ergastatakse kiireid vahelduvvoolusid. Lihtsaim elektromagnetlaineid kiirgav süsteem on väike elektriline dipool, mille dipoolmoment p(t) muutub ajas kiiresti. Sellist elementaardipooli nimetatakse Hertsi dipooliks. Raadiotehnikas on Hertsi dipool samaväärne väikese antenniga, mille suurus on palju väiksem kui lainepikkus λ Elementaarne dipool, mis teostab harmoonilisi võnkumisi
slaid 13
Sellise dipooli poolt kiiratava elektromagnetlaine struktuuri esitus.
Elementaardipooli kiirgus Tuleb märkida, et elektromagnetilise energia maksimaalne voog kiirgub dipooli teljega risti olevas tasapinnas. Dipool ei kiirga energiat piki oma telge. Hertz kasutas elektromagnetlainete olemasolu eksperimentaalses tõestuses saate- ja vastuvõtuantennina elementaarset dipooli.
Slaid 14
Täname tähelepanu eest!
Vaadake kõiki slaide
Liigume nüüd edasi elektromagnetlainete omaduste ja omaduste kaalumisele. Üks elektromagnetlainete omadusi on elektromagnetkiirguse tihedus.
Vaatleme pinda pindalaga S, mille kaudu elektromagnetlained energiat kannavad.
Elektromagnetilise kiirguse voo tihedus I on ajas t kiirtega risti pinda, mille pindala on S, läbiva elektromagnetilise energia W suhe ala S ja aja t korrutisesse.
Kiirgusvoo tihedust SI-des väljendatakse vattides ruutmeetri kohta (W / m 2). Mõnikord nimetatakse seda suurust laine intensiivsuseks.
Pärast rea teisendusi saame, et I = w c.
st kiirgusvoo tihedus võrdub elektromagnetilise energia tiheduse ja selle levimiskiiruse korrutisega.
Oleme rohkem kui üks kord kohtunud füüsika tegelike aktsepteerimisallikate idealiseerimisega: materiaalne punkt, ideaalne gaas jne. Siin kohtume veel ühega.
Kiirgusallikat loetakse punktallikaks, kui selle mõõtmed on palju väiksemad kui kaugus, millelt selle mõju hinnatakse. Lisaks eeldatakse, et selline allikas saadab elektromagnetlaineid kõikides suundades ühesuguse intensiivsusega.
Vaatleme kiirgusvoo tiheduse sõltuvust kaugusest allikani.
Elektromagnetlainete endaga kaasas olev energia jaotub aja jooksul järjest suuremale pinnale. Seetõttu väheneb ajaühikus pindalaühiku kaudu ülekantav energia, st kiirgusvoo tihedus, mida iseloomustab kaugus allikast. Kiirgusvoo tiheduse sõltuvust kiirgusallika kaugusest on võimalik välja selgitada asetades punktallika raadiusega kera keskele R. sfääri pindala S= 4 n R^2. Kui eeldame, et allikas kiirgab aja t kõikides suundades energiat W
Punktallika kiirgusvoo tihedus väheneb pöördvõrdeliselt kiirgusallika kauguse ruuduga.
Vaatleme nüüd kiirgusvoo tiheduse sagedussõltuvust. Nagu teate, tekib elektromagnetlainete kiirgus laetud osakeste kiirendatud liikumisel. Elektrivälja tugevus ja elektromagnetlaine magnetiline induktsioon on võrdelised kiirendusega a kiirgavad osakesed. Harmooniline kiirendus on võrdeline sageduse ruuduga. Seetõttu on elektrivälja tugevus ja magnetinduktsioon võrdelised sageduse ruuduga
Elektrivälja energiatihedus on võrdeline väljatugevuse ruuduga. Magnetvälja energia on võrdeline magnetinduktsiooni ruuduga. Elektromagnetvälja summaarne energiatihedus on võrdne elektri- ja magnetvälja energiatiheduste summaga. Seetõttu on kiirgusvoo tihedus võrdeline: (E^2+B^2). Siit saame, et I on võrdeline w^4-ga.
Elektromagnetlained kannavad energiat ühest ruumiosast teise. Energia ülekandmine toimub mööda kiiri - mõttelisi jooni, mis näitavad laine levimise suunda. Elektromagnetlainete kõige olulisem energiaomadus on kiirgusvoo tihedus. Kujutage ette platvormi pindalaga S, mis asub kiirtega risti. Oletame, et aja t jooksul kannab laine selle piirkonna kaudu energiat W. Teisisõnu, kiirgusvoo tihedus on pindalaühiku (kiirtega risti) läbiv energia ajaühikus; või, mis on sama, on ühe piirkonna kaudu edastatav kiirgusvõimsus. Kiirgusvoo tiheduse mõõtühikuks on W/m2. Kiirgusvoo tihedus on seotud lihtsa seosega elektromagnetvälja energiatihedusega. Fikseerime kiirtega risti oleva ala S ja lühikese ajaintervalli t. Energia läbib ala: W = ISt. See energia koondub silindrisse, mille aluspindala S ja kõrgus ct, kus c on elektromagnetlaine kiirus.Selle silindri ruumala on: V = Sct. Seega, kui w on elektromagnetvälja energiatihedus, siis energia W jaoks saame ka: W = wV = wSct. Võrdstades valemite õiged osad ja taandades St-ga, saame seose: I = wc. Kiirgusvoo tihedus iseloomustab eelkõige elektromagnetilise kiirguse mõju astet selle vastuvõtjatele; kui nad räägivad elektromagnetlainete intensiivsusest, siis mõeldakse täpselt kiirgusvoo tihedust. Huvitav küsimus on, kuidas sõltub kiirguse intensiivsus selle sagedusest. Elektromagnetlainet kiirgab laeng, mis teostab harmoonilisi võnkumisi piki X-telge vastavalt seadusele x = x0 sin iet. Laenguvõnkumiste tsükliline sagedus w on samal ajal ka kiiratava elektromagnetlaine tsükliline sagedus. Laengu kiiruse ja kiirenduse jaoks on meil: v = X = x0sh cos sht ja a = v = -x0sh2 sin sht. Nagu näete, on ~ w2. Elektrivälja tugevus ja magnetvälja induktsioon elektromagnetlaines on võrdelised laengu kiirendusega: E ~ a ja B ~ a. Seetõttu E ~ w2 ja B ~ w2. Elektromagnetvälja energiatihedus on elektrivälja energiatiheduse ja magnetvälja energiatiheduse summa: w = wel + wMarH. Elektrivälja energiatihedus, nagu me teame, on võrdeline väljatugevuse ruuduga: w^ ~ E2. Samamoodi võime näidata, et wMarH ~ B2. Seega w^ ~ w4 ja wMarH ~ w4, nii et w ~ w4. Valemi järgi on kiirgusvoo tihedus võrdeline energiatihedusega: I ~ w. Seetõttu ma ~ shA. Saime olulise tulemuse: elektromagnetkiirguse intensiivsus on võrdeline selle sageduse neljanda astmega. Teine oluline tulemus on see, et kiirguse intensiivsus väheneb allikast kaugenedes. See on arusaadav: allikas kiirgub ju eri suundades ja allikast eemaldudes jaotub kiiratav energia järjest suuremale alale. Kiirgusvoo tiheduse kvantitatiivset sõltuvust kiirgusallika kaugusest on nn punktkiirguse allika puhul lihtne saada. Punktkiirguse allikas on allikas, mille mõõtmeid võib antud olukorra tingimustes tähelepanuta jätta. Lisaks loetakse, et punktallikas kiirgab kõigis suundades võrdselt. Muidugi on punktallikas idealiseerimine, kuid mõne probleemi puhul töötab see idealiseerimine suurepäraselt. Näiteks tähtede kiirgust uurides võib neid pidada punktallikateks – on ju kaugused tähtedeni nii tohutud, et nende endi suurusi võib ignoreerida. Kaugus r allikast jaotub kiirgav energia ühtlaselt raadiusega r sfääri pinnale. Tuletame meelde, et sfääri pindala on S = 4nr2. Kui meie allika kiirgusvõimsus on võrdne P-ga, siis energia W = Pt läbib kera pinda ajas t. Valemit kasutades saame siis: = Pt = P 4 nr2t 4 nr2 Seega on punktallika kiirgusintensiivsus pöördvõrdeline kaugusega temast. Elektromagnetilise kiirguse liigid Elektromagnetlainete spekter on ebatavaliselt lai: lainepikkust saab mõõta tuhandetes kilomeetrites ja see võib olla väiksem kui pikomeeter. Kogu selle spektri saab aga jagada mitmeks iseloomulikuks lainepikkuse vahemikuks; igas vahemikus on elektromagnetlainetel enam-vähem sarnased omadused ja kiirgusmeetodid.
Kiirgusvoo tihedus võib teatud kiirgussuundades varieeruda. Suunas / eralduvat energiahulka, mis on määratud nurga ty ja elementaarpinna normaalühikuga n (joonis 16.1) ajaühikus elementaarruuminurga 4o piires, nimetatakse kiirguse nurktiheduseks.
Kiirgusvoo tihedus võib teatud kiirgussuundades varieeruda. Elementaarse ruuminurga do piires teatud suunas eralduvat energiahulka /, mis on määratud nurga r] ja elementaarpinna normaalühikuga n (joonis 16 - 1) ajaühikus elementaarse ruuminurga do piires, nimetatakse nurgaks. kiirgustihedus.
Kiirgusvoo tihedus on võrdeline sageduse neljanda astmega.
Kiirgusvoo tihedus E on kogu lainepikkuse vahemiku lahutamatu karakteristik. Kiirgusvoo spektraalne tihedus EI dE / dhB iseloomustab kiirgusenergia jaotust lainepikkustel.
Ekraanile langeva kiirgusvoo tihedus E (valgustuse intensiivsus või lihtsalt valgustus) muutub kiirte kõrvalekaldumise tõttu.
Kiirgusvoo tihedus määratakse otseste ja peegeldunud voogude järgi. Peegeldunud voo väärtus sõltub allika ja peegeldavate pindade vahelisest kaugusest.
Kiirgusvoo tihedus – poolkerakujulise ruuminurga piires pindalaühikut ajaühikus läbiv kiirgusenergia hulk.
Kiirgusvoo tihedus sõltub lainete langemisnurgast keha pinnal, kuna langemisnurga suurenemisega jaotub sama kiirgusvoog üha suuremale pinnale.
Gaasi kui terviku kiirgusvoo tihedus on selle spektri kõigi ribade kiirgusvoo tiheduste summa.
Laserkiire kiirgusvoo tihedust iseloomustab kogu väljundvõimsuse ja fookuses oleva kuumutuspunkti pindala suhe. Voolutiheduse suurendamine 105–106 W/cm2 ja jaotamine 025–05 mm läbimõõduga kuumutuskohale annab vedelfaasis kitsa kanali, mille kaudu tungib kiirgus sügavale lõigatud materjali sisse. Selle faasi olemasolu hävitamistoodetes on metalli lasertöötluse tunnusjoon. See tundub üsna keeruline ja selle ehitamisel tuleks arvesse võtta soojus- ja hüdrodünaamilisi nähtusi.
Efo on nurgale φ vastav kiirgusvoo tihedus; dQ on elementaarne ruuminurk, mille all on selles punktis tsentreeritud poolkera pinnal kiirgava keha antud punktist nähtav elementaarala; φ on nurk kiirgava pinna normaalnurga ja kiirguse suuna vahel. Reaalsete kehade puhul on Lamberti seadus täidetud vaid ligikaudu.
Phnat on lekkekiirgusvoo tihedus, mis tabab tuvastuspunkti pärast seda, kui on läbinud vähemalt osa oma algsest teest läbi varje. Siinjuures ei võeta arvesse osakesi ega kvante, mille hajumise trajektoori saab tinglikult määrata järgmiselt: allikas – täiteaine – kaitse – täiteaine – detektor. See tähendab, et varjestusmaterjali võib täiteainest sinna sattunud kiirguse jaoks pidada absoluutselt mustaks kehaks.
Kiirgusvoo tiheduse mõistet ei seostata ühegi ettekujutusega kiirguse suunast, mistõttu on see väärtus mõeldud iseloomustama võrdselt eredaid kiirgajaid igas suunas.
Pilet
1) Jooned näitavad elektromagnetlainete levimise suundi. Pinnaga risti asetsevaid jooni, mille kõigis punktides toimuvad võnkumised samades faasides, nimetatakse kiirteks. Ja neid pindu nimetatakse lainepindadeks.
Elektromagnetilise kiirguse voo tihedus on kiirtega risti olevat pinda S ajas ∆t läbiva elektromagnetilise energia ∆W suhe S korrutisega ∆t.
I = ∆W/(S*∆t)
Magnetvoo tiheduse mõõtühik SI ühikud on vatid ruutmeetri kohta (W/m^2). Väljendame voo tihedust selle levimiskiiruse ja elektromagnetilise energia tiheduse kaudu.
Võtke kiirtega risti olev pind S. Konstrueerime sellele silindri alusega c*∆t.
Siin c on elektromagnetlainete levimise kiirus. Silindri maht arvutatakse järgmise valemiga:
∆V = S*c*∆t.
Silindrisse koondunud elektromagnetvälja energia arvutatakse järgmise valemiga:
∆W = ∆V*ω.
Siin ω on elektromagnetilise energia tihedus. See energia läbib silindri parema aluse aja ∆t jooksul. Saame järgmise valemi:
I = (ω*c*S*∆t)/(S*∆t) = ω*c.
Energia väheneb, kui eemaldute allikast. Õige on järgmine muster, voolutiheduse sõltuvus allika kaugusest. Punktallikast suunatud kiirgusvoo tihedus väheneb pöördvõrdeliselt kiirgusallika kauguse ruuduga.
I = ∆W/(S*∆t) = (∆W/(4*pi∆t))*(1/R^2).
Laetud osakeste kiirendatud liikumisel kiirguvad elektromagnetlained. Sel juhul on elektrivälja tugevus ja elektromagnetlaine magnetilise induktsiooni vektor otseselt võrdelised. osakeste kiirendus.
Kui arvestada harmoonilisi võnkumisi, on kiirendus otseselt võrdeline tsüklilise sageduse ruuduga. Elektromagnetvälja kogu energiatihedus on võrdne elektrivälja energiatiheduse ja magnetvälja energia summaga.
Valemi I = ω*c järgi on voo tihedus võrdeline elektromagnetvälja koguenergiatihedusega.
Kiirgusvoo tiheduse sõltuvus kaugusest punktallikani. Elektromagnetlainete poolt kantud energia jaotub aja jooksul järjest suuremale pinnale. Seetõttu väheneb ühe piirkonna pinnast ajaühikus edastatav energia, st kiirgusvoo tihedus, kauguse võrra allikast.
Asetame punktallika raadiusega R kera keskmesse. Sfääri pindala on S = 4 R 2 . Kui eeldada, et allikas kiirgab aja t kõikides suundades koguenergiat W, siis
Punktallika kiirgusvoo tihedus väheneb pöördvõrdeliselt kiirgusallika kauguse ruuduga.
Kiirgusvoo tiheduse sagedussõltuvus. Elektromagnetlainete emissioon toimub laetud osakeste kiirendatud liikumisel (vt § 48). Elektrivälja tugevus ja elektromagnetlaine magnetiline induktsioon on võrdelised kiirgavate osakeste kiirendusega. Harmooniline kiirendus on võrdeline sageduse ruuduga. Seetõttu on elektrivälja tugevus ja magnetinduktsioon võrdelised sageduse ruuduga:
2) Difraktsioonvõre – optiline seade, mis on mõeldud optilise kiirguse spektraalse koostise analüüsimiseks. Difraktsioonvõre koosneb tuhandetest kitsastest ja tihedalt asetsevatest piludest. Häirete tõttu on difraktsioonvõre läbiva valguse intensiivsus eri suundades erinev. Valitud on suunad, milles võre erinevatest piludest tulevad valguslained liidetakse faasis, korrutades üksteist. Kui võre valgustatakse monokromaatilise valgusega, täheldatakse selle väljundis kitsaid kõrge intensiivsusega kiirteid. Kuna interferentsi maksimumide suunad sõltuvad lainepikkusest, jaguneb difraktsioonvõre läbiv valge valgus paljudeks erinevat värvi kiirteks. Sel viisil saame uurida valguse spektraalset koostist. Interferentsi maksimumide avaldis on pilupaari ja difraktsioonvõre puhul sama, kuid viimasel juhul on maksimum palju teravam ja intensiivsem, tagades spektroskoopilistes uuringutes kõrge eraldusvõime.
NÄIDE: Üks lihtsamaid ja levinumaid peegeldavate difraktsioonivõrede näiteid igapäevaelus on CD. CD pinnal - spiraalikujuline rada, mille pöörete vaheline samm on 1,6 mikronit. Ligikaudu ühe kolmandiku selle raja laiusest (0,5 μm) hõivab süvend (see on salvestatud andmed), mis hajutab sellele langevat valgust, ligikaudu kaks kolmandikku (1,1 μm) on puutumata põhimik, mis peegeldab valgust.
3) termotuumareaktsioonid− kõrgel temperatuuril toimuvad kergete tuumade liitreaktsioonid (süntees). Need reaktsioonid kulgevad tavaliselt energia vabanemisega, kuna ühinemise tulemusena tekkinud raskemas tuumas on nukleonid tugevamalt seotud, s.t. omavad keskmiselt kõrgemat sidumisenergiat kui esialgsetes ühinevates tuumades. Seejärel vabaneb nukleonide liigne sidumisenergia reaktsioonisaaduste kineetilise energia kujul. Nimetus "fusioonireaktsioonid" peegeldab tõsiasja, et need reaktsioonid toimuvad kõrgel temperatuuril ( > 10 7 –10 8 K), sest ühinemiseks peavad kerged tuumad lähenema üksteisele kaugustele, mis on võrdsed tuuma tõmbejõudude toimeraadiusega, s.o. kuni kauguseni ≈10 -13 cm Ja väljaspool nende jõudude mõjutsooni kogevad positiivselt laetud tuumad Coulombi tõrjumist. Sellest tõrjumisest saavad üle vaid suurel kiirusel üksteise poole lendavad tuumad, s.t. sisaldub tugevalt kuumutatud kandjate koostises või spetsiaalselt kiirendatud.
Tuumasünteesireaktsioon algab siis, kui põrkuvad tuumad on oma vastastikuse tuumatõmbepiirkonnas. Et nii lähedale jõuda, peavad põrkuvad tuumad ületama oma vastastikuse kaugmaa elektrostaatilise tõuke, s.o. Coulombi barjäär.
Coulombi barjäär – aatomituumadel on positiivne elektrilaeng. Suurtel vahemaadel saab nende laenguid varjestada elektronidega. Kuid selleks, et tuumad ühineksid, peavad nad lähenema kaugusele, kus tugev interaktsioon toimib. See kaugus on suurusjärgus tuumade endi suurusest ja on mitu korda väiksem kui aatomi suurus. Sellistel vahemaadel ei suuda aatomite elektronkestad (isegi kui need oleksid säilinud) enam tuumade laenguid sõeluda, mistõttu kogevad nad tugevat elektrostaatilist tõrjumist. Selle tõukejõu tugevus on vastavalt Coulombi seadusele pöördvõrdeline laengute vahelise kauguse ruuduga. Tuumade suurusjärgu kaugusel hakkab tugeva interaktsiooni tugevus, mis kipub neid siduma, kiiresti kasvama ja muutub suuremaks kui Coulombi tõukejõud.