СИНТЕЗ ЯДЕР. ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ




Ядерный синтез, т. е. слияние легких ядер в одно ядро, сопровождается выделением огромных коли­честв энергии. Поскольку для синтеза ядер необходимы высокие температуры, этот процесс называется термо­ядерной реакцией.

Средней энергии тепло­вого движения, равной 0,35 МэВ, соответствует темпера­тура порядка 2·109 К. Однако синтез легких ядер мо­жет протекать и при значительно меньших температурах. Дело в том, что из-за случайного распределения частиц по скоростям всегда имеется некоторое число ядер, энер­гия которых значительно превышает среднее значение. Кроме того, слияние ядер может произойти вследствие туннельного эффекта. По­этому некоторые термоядерные реакции протекают с заметной интенсивностью уже при температурах порядка 107 K

Особенно благоприятны условия для синтеза ядер дейтерия и трития, так как реакция между ними носит резонансный характер. Именно эти вещества образуют заряд водородной (или термоядерной) бом­бы. Запалом в такой бомбе служит обычная атомная бомба, при взрыве которой возникает температура по­рядка 107К. Реакция синтеза дейтерия и трития сопровождается выделением энергии 17,6 МэВ, что составляет ~3,5 МэВ на нуклон.

Синтез ядер водорода в ядра гелия является источ­ником энергии Солнца и звезд, температура в недрах которых достигает 107 — 108К. Этот синтез осуществ­ляется двумя путями. При более низких температурах имеет место протонно-протонный цикл, проте­кающий следующим образом. Вначале происходит син­тез двух протонов с образованием ядра гелия , ко­торое' сразу же претерпевает -радиоактивный распад: .

Образовавшееся ядро тяжелого водорода , сталкиваясь с протоном, объединяется с ним в ядро :

Наконец, последнее звено цикла образует реакция:

.

При более высоких температурах большей вероят­ностью обладает предложенный Г. Бете углеродный (или углеродно-азотный) цикл, который со­стоит из следующих звеньев:

В последней строке 8016 представляет собой составное ядро.

Итогом углеродного цикла является исчезновение четырех протонов и образование одной α-частицы. Количество ядер углерода остается неизменным. Углеродный цикл преобла­дает в звездах с более высокой температурой. Большая часть энергии Солнца выделяется в результате протонно-протонного цикла.

На пути осуществления управляемой термоядерной реакции стоят огромные труд­ности. Наряду с необходимостью получить чрезвычайно высокие температуры, возникает проблема удержания плазмы в заданном объеме. Соприкосновение плазмы со стенками сосуда приведет к ее остыванию. Кроме того, стенка из любого вещества при такой температуре не­медленно испарится. Советские физики А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм предложили удерживать плазму в заданном объеме с помощью магнитного поля, высокую температуру в плазме получают, пропуская через нее очень сильный электрический ток. Магнитное поле этого тока сжи­мает разрядный канал, отрывая плазменный шнур от стенок сосуда. Действительно, как следует из рис. 263, лоренцева сила , действующая на любой, движущийся вдоль плазменного шнура заряд, имеет направление к оси шнура. Чтобы избежать необходимости удержи­вать плазму от соприкосновения с концами разрядной трубки, вместо прямой разрядной трубки применяют трубки в виде тороида.

К сожалению, плазменный шнур оказался чрезвы­чайно неустойчивым, так что пока удается удерживать плазму от соприкосновения со стенками разрядной труб­ки в течение очень короткого времени. Достигнутые та­ким путем температуры 10е К) также недостаточны для возникновения реакции синтеза.

Осуществление управляемого термоядерного синтеза даст человечеству практически неисчерпаемый источник энергии. Поэтому работы по овладению управляемыми термоядерными реакциями ведутся во многих странах.






Дата добавления: 2021-01-11; просмотров: 511; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.008 сек.