Termonuklearna reakcija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Shema reakcije deuterijum - tricij
Animirani dijagram reakcije deuterij - tricij
Nuklearni procesi
Radioaktivni raspad
Nukleosinteza

Termonuklearna reakcija je vrsta nuklearne reakcije u kojoj se laka atomska jezgra spajaju u teža zbog kinetičke energije njihovog toplinskog kretanja .

Poreklo termina

Da bi došlo do nuklearne reakcije , početna atomska jezgra moraju savladati takozvanu " Coulomb barijeru " - silu elektrostatičkog odbijanja između njih. Da bi to učinili, moraju imati visoku kinetičku energiju . Prema kinetičkoj teoriji , kinetička energija pokretnih mikročestica neke supstance (atoma, molekula ili jona) može se predstaviti u obliku temperature, pa se zagrevanjem supstance može postići termonuklearna reakcija. Upravo se taj odnos između zagrijavanja materije i nuklearne reakcije odražava u terminu "termonuklearna reakcija".

Kulonova barijera

Atomska jezgra imaju pozitivan električni naboj . Na velikim udaljenostima, njihovi naboji mogu biti zaštićeni elektronima. Međutim, da bi se jezgra spojila, moraju se približiti jedno drugom na udaljenosti na kojoj djeluje jaka interakcija . Ova udaljenost je reda veličine samih jezgara i mnogo je puta manja od veličine atoma . Na takvim udaljenostima, elektronske ljuske atoma (čak i ako su bile očuvane) više ne mogu ekranizirati naboje jezgara, pa doživljavaju snažno elektrostatičko odbijanje. Sila ovog odbijanja, u skladu sa Coulombovim zakonom , obrnuto je proporcionalna kvadratu udaljenosti između naelektrisanja. Na udaljenostima reda veličine jezgara, veličina snažne interakcije koja ih teži da ih poveže počinje brzo rasti i postaje veća od vrijednosti Kulonove odbijanja.

Dakle, da bi reagovala, jezgra moraju savladati potencijalnu barijeru . Na primjer, za reakciju deuterijum - tricijum, ova barijera je oko 0,1 MeV . Poređenja radi, energija jonizacije vodonika je 13 eV. Stoga će supstanca koja učestvuje u termonuklearnoj reakciji biti gotovo potpuno jonizirana plazma .

Temperatura ekvivalentna 0,1 MeV je približno 10 9 K , ali postoje dva efekta koji snižavaju temperaturu potrebnu za termonuklearnu reakciju:

  • Prvo, temperatura karakterizira samo prosječnu kinetičku energiju; postoje čestice sa nižom i višom energijom. U stvari, mali broj jezgara sa energijama mnogo većim od prosječne (tzv. " Maksvelov distributivni rep") je uključen u termonuklearnu reakciju.

Reakcije fuzije

Neke od najvažnijih egzotermnih termonuklearnih reakcija velikog presjeka [1] :

(jedan) D + T 4 He (3,5 MeV) + n (14,1 MeV)
(2) D + D T (1,01 MeV) + str (3,02 MeV) (50 %)
(3) 3 He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) (50 %)
(4) D + 3 He 4 He (3,6 MeV) + str (14,7 MeV)
(5) T + T 4 He + 2 n + 11,3 MeV
(6) 3 He + 3 He 4 He + 2 str + γ (+12,85 MeV)
(7) 3 He + T 4 He + str + n + 12,1 MeV (51%)
(osam) 4 He (4,8 MeV) + D (9,5 MeV) (43%)
(9) 4 He (0,5 MeV) + n (1,9 MeV) + str (11,9 MeV) (6%)
(10) D + 6 Li 2 4 On [2] + 22,4 MeV -
(jedanaest) str + 6 Li 4 He (1,7 MeV) + 3 He (2,3 MeV)
(12) 3 He + 6 Li 2 4 He + str + 16,9 MeV
(trinaest) str + 11 B 3 4 He + 8,7 MeV
(14) n + 6 Li 4 He + T + 4,8 MeV

Mionska kataliza

Termonuklearna reakcija se može značajno olakšati uvođenjem negativno nabijenih miona u reakcionu plazmu.

Mioni µ - u interakciji sa termonuklearnim gorivom formiraju mezomolekule , u kojima je udaljenost između jezgara atoma goriva mnogo puta (≈200 puta) manja, što olakšava njihovo približavanje i, osim toga, povećava vjerovatnoću tuneliranja jezgara kroz Kulonovu barijeru.

Broj reakcija sinteze X c pokrenutih jednim mionom ograničen je vrijednošću koeficijenta prianjanja miona. Eksperimentalno je bilo moguće dobiti vrijednosti od X c ~ 100, odnosno, jedan mion je sposoban osloboditi energiju od ~ 100 × X MeV, gdje je X energetski prinos katalizirane reakcije.

Dok je vrijednost oslobođene energije manja od potrošnje energije za proizvodnju samog miona (5-10 GeV). Dakle, mionska kataliza je još uvijek energetski nepovoljan proces. Komercijalno održiva proizvodnja energije pomoću mionske katalize je moguća pri X c ~ 10 4 .

Aplikacija

Upotreba termonuklearne reakcije kao praktično neiscrpnog izvora energije povezana je prvenstveno s perspektivom ovladavanja tehnologijom kontrolirane termonuklearne fuzije (CTF). Trenutno, naučna i tehnološka baza ne dozvoljava upotrebu TCB-a u industrijskim razmjerima.

Prvi test prototipa hidrogenske bombe. SAD, 1. novembar 1952. Projekat Ivy Mike

U isto vrijeme, nekontrolirana termonuklearna reakcija našla je svoju primjenu u vojnim poslovima. Termonuklearna eksplozivna naprava prvi put je testirana u novembru 1952. godine u Sjedinjenim Državama, a već u augustu 1953. termonuklearna eksplozivna naprava u obliku zračne bombe testirana je u Sovjetskom Savezu. Snaga termonuklearne eksplozivne naprave (za razliku od atomske ) ograničena je samo količinom materijala koji se koristi za njeno stvaranje, što omogućava stvaranje eksplozivnih naprava gotovo svake snage.

vidi takođe

Bilješke (uredi)

  1. I. N. Beckman. Nuklearna fizika. Predavanje 21. Nuklearne reakcije u termonuklearnoj fuziji
  2. Ovo je sažeti zapis DT reakcije gorivnog ciklusa sa reprodukcijom T kroz Li