Реакції синтезу ядер та термоядерна енергетика

В експерименті було визначено, що реакції синтезу легких ядерможуть дати більше енергії ніж ядерні реакції поділу урану або торію в розрахунку на один нуклон. Наприклад, в реакції синтезу

,

з виділенням 17,3 МеВ енергії, на один нуклон приходиться 17,3/8» 2,1625 МеВ, а в реакції

на один нуклон приходиться енергія 17.6/5= 3,52 МеВ. В реакції поділу ядра урану на один нуклон приходиться виділена енергія » 1 МеВ. Для злиття двох ядер, наприклад, водню потрібно, щоб енергії цих ядер було достатньо для наближення їх на відстань » 2×10^-15 м:

.

Для одержання таких енергій необхідна температура

.

Враховуючи квантовий характер тунельного процесу, можна стверджувати, що реакція синтезу може відбуватися і при температурах менших .

Основним джерелом енергії зірок, в тому числі і Сонця, є циклічна реакція синтезу протонів в ядро гелію

.

Температура зірок сягає . Існує ще один цикл, який може бути джерелом енергій зірок. Він називається вуглець-азотним, де відбувається синтез 4 протонів у ядро гелію у присутності ядер вуглецю, як каталізатора.

Здійснення керованої ядерної реакції синтезу займає розум великої частини фізиків світу і розв'язується ця задача різними шляхами. Один із них реалізовано в установці "Токамак" (скорочена назва: тороїдальна камера з магнітними котушками). В цій установці у тороїдальній камері магнітним полем утримується плазма, що розігрівається струмом високої напруги. Частинки плазми здійснюють коловий рух.

Існує також принцип керованої лазерної (електронної) термоядерної реакції, коли суміш дейтерію та тритію опромінюється кільцевим лазерним (електронним) імпульсом надвисоких енергій і тиску.

Здійснення керованої термоядерної реакції синтезу може привести до нового ступеня розвитку цивілізації.

20.13. Контрольні питання

1. Які основні характеристики атомного ядра?

2. Опишіть, що являють собою ізотопи, ізобари, ізотони.

3. Розкажіть про склад та будова ядра.

4. Які положення містять феноменологічні моделі ядра: крапельна, змішана, оболонкова?

5. Опишіть дефект маси та енергія зв'язку ядра. Подайте графічну залежність енергії зв'язку ядра від масового числа.

6. Що являє собою спін та магнітний момент ядра?

7. Про що йдеться у законі радіоактивного розпаду ядра.

8. Які властивості та закони альфа-розпаду ядра?

9. Які властивості та закони бета-розпаду ядра?

10. Як було відкрито нейтрино?

11. Іонізаційні методи у лічильниках частинок.

12. Сцинтиляційні лічильники.

13. Метод фотоемульсій.

14. Напівпровідникові лічильники.

15. Які існують види ядерних реакції та закони збереження.

16. Класифікація ядерних реакцій.

17. Позитронний розпад та е-захват.

18. Відкриття нейтрона та реакції викликані ним.

19. Реакції поділу урану та ядерна енергетика.

20. Реакції синтезу ядер та термоядерна енергетика.