Термоядерная реакция

Термоядерная реакция это превращение из более легких атомов в более тяжелые при воздействии тепловой и кинетической энергии.

Термоядерная реакция это разновидность ядерной, для того чтобы произошла реакция, исходные атомные ядра должны преодолеть «кулоновский барьер» — силу электростатического отталкивания между ними.

Что такое термоядерная реакция

Общая внутренняя потенциальная энергия свободных частиц больше, чем потенциальная энергия этих же частиц в условиях, когда они образуют ядро атома, т. е. связаны между собой ядерными силами.

Разность между этими величинами называется энергией связи ядра и численно равняется работе, которую надо совершить внешними силами.

Чтобы разъединить эти частицы, т. е. разрушить ядро (эта работа переходит в потенциальную энергию свободных частиц, поэтому их общая энергия больше).

Отсюда следует, что при образовании ядра атома из свободных частиц — протонов и нейтронов или при укрупнении ядер легких элементов должна выделяться энергия связи, весьма значительная по величине.

Однако для осуществления подобных реакций частицы надо предварительно (преодолевая силы электростатического отталкивания между протонами) сблизить на расстояние радиуса действия ядерных сил.

Сближение на такое расстояние возможно, например, при соударении частиц с высокой кинетической энергией.

Однако решение, например, задачи укрупнения ядра путем обстрела его частицами с достаточно высокой кинетической энергией не будет экономичным вследствие очень малой вероятности таких реакций.

Реакция станет экономичной только при массовых столкновениях частиц и ядер, что может быть достигнуто путем нагревания смеси их до сверхвысоких температур, порядка десятков миллионов градусов.

Реакции, требующие подобных условий, называются термоядерными реакциями.

Термоядерная реакция на солнце

Термоядерные реакции протекают в недрах Солнца и являются источником пополнения тех громадных количеств энергии, которое Солнце теряет путем излучения.

Одна из возможных реакций это образование ядра гелия из четырех протонов (с выбрасыванием двух позитронов и двух нейтрино); реакция проходит через ряд промежуточных стадий, в которых принимают участие ядра других элементов.

В несколько более легких условиях может протекать реакция синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития по реакции

₁Н² + ₁Н³ → ₂Не⁴ + ₀n¹.

При реакции выделяется энергия 17,5 Мэв (на 1 г смеси это составляет 80 жлн. ккал — в четыре раза больше, чем при делении ядер 1 г урана).

Температурные условия, необходимые для этой реакции в земных условиях, достигнуты пока только при взрыве урановой бомбы, а сама реакция осуществлена и реализуется в водородной бомбе.

Водородная бомба

Водородная бомба (рис. 2) состоит из массивного герметизированного корпуса K, содержащего смесь жидких дейтерия и трития.

В верхней части корпуса помещается урановая бомба У.

При взрыве последней смесь дейтерия и трития мгновенно нагревается до температуры в миллионы градусов и превращается в высокотемпературную плазму.

В среде которой и происходит термоядерная реакция (современная бомба содержит дейтерид лития Li⁶H², из которого при взрыве образуются ядра дейтерия и трития).

Управляемая термоядерная реакция

Ученые ведут работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции.

Исследования проводятся в направлении использования для этих целей мощного электрического разряда в разреженной смеси дейтерия и трития, при котором ток в течение миллионных долей секунды достигает сотен тысяч ампер.

Под действием специально сформированного магнитного поля газовая плазма сжимается в узкий плазменный шнур.

Окружающий его вакуум предупреждает тепло потери во внешнюю среду, что обеспечивает возможность достижения внутри плазменного шнура необходимых температур.

Целью этих исследований является осуществление управляемой термоядерной реакции с использованием выделяющейся при этом энергии для мирных целей.

Часто задаваемые вопросы ответы?