Termonuklearna reakcija

Shema reakcije deuterijum - tricij

Animirani dijagram reakcije deuterij - tricij

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.

• Drugo, zbog kvantnih efekata, jezgra ne moraju imati energiju veću od Kulonove barijere. Ako je njihova energija nešto manja od barijere, oni najvjerovatnije mogu tunelirati kroz nju. ^{[ izvor nije naveden 2433 dana ]}

Reakcije fuzije

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

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

• Nukleosinteza
• Nuklearna reakcija

Bilješke (uredi)

U ovom članku nedostaju veze do izvora informacija . Informacije moraju biti provjerljive , inače se mogu dovesti u pitanje i ukloniti. Možete urediti ovaj članak dodavanjem linkova na autoritativne izvore . Ova oznaka je postavljena 20. jula 2016. godine .