Що таке термоядерна реакція
Поряд з реакцією ділення важких ядер енергетично вигідним виявляється і зворотний в деякому розумінні процес – синтез легких ядер, тобто злиття ядер легких елементів (розташованих на початку періодичної таблиці) з утворенням більш важкого ядра.
Щоб почалося злиття ядер, їх потрібно зблизити впритул – щоб вступили в дію ядерні сили. Для такого зближення потрібно подолати кулонівське відштовхування ядер, різко зростаюче зі зменшенням відстані між ними. Це можливо лише при дуже великій кінетичної енергії ядер, а значить – при дуже високій температурі (у десятки і сотні мільйонів градусів). Тому реакція ядерного синтезу називається термоядерною реакцією.
Як приклад термоядерної реакції наведемо реакцію злиття ядер дейтерію і тритію (важкого і надважкого ізотопів водню), в результаті якої утворюється ядро гелію і нейтрон.
Ця реакція йде з виділенням енергії, рівний 17,6 МеВ (спробуйте самі провести розрахунки і отримати дану величину). Це дуже багато, якщо врахувати, що в реакції беруть участь всього 5 нуклонів! Справді, в розрахунку на один нуклон в реакції (6.35) виділяється енергія приблизно 3,5 МеВ, в той час як при розподілі ядра урану виділяється “всього” 1 МеВ на нуклон.
Таким чином, термоядерні реакції служать джерелом ще більшої кількості енергії, ніж реакції поділу ядер. З фізичної точки зору це зрозуміло: енергія реакції ядерного ділення є в основному кінетична енергія осколків, розігнаних електричними силами відштовхування, а при ядерному синтезі енергія вивільняється в результаті розгону нуклонів назустріч один одному під дією куди більш потужних ядерних сил тяжіння. Простіше кажучи, при поділі ядер вивільняється енергія електричного взаємодії, а при синтезі ядер – енергія сильного (ядерного) взаємодії.
У надрах зірок досягаються температури, відповідні для синтезу ядер. Світло Сонця і далеких зірок несе енергію, виделяющуяся в термоядерних реакціях – при злитті ядер водню в ядра гелію і подальше злиття ядер гелію в ядра більш важких елементів, розташованих у середній частині періодичної системи. Напрямок термоядерного синтезу показано на рис. 6.26; синтез легких ядер енергетично вигідний, оскільки спрямований у бік збільшення питомої енергії зв’язку ядра.
Некерована термоядерна реакція здійснюється при вибуху водневої бомби. Спочатку вибухає вбудована атомна бомба – це потрібно для створення високої температури і тиску на першій ступені термоядерного вибуху. Термоядерне пальне стискається тиском випромінювання і розігрівається до такої міри, що починаються реакції ядерного синтезу, і відбувається вибух власне водневої бомби.
Здійснення керованої термоядерної реакції залишається поки невирішеною проблемою, над якою фізики працюють вже понад півстоліття. Якщо вдасться домогтися керованого течії термоядерного синтезу, то людство отримає в своє розпорядження фактично необмежене джерело енергії. Це надзвичайно важливе завдання, що стоїть перед нинішнім і майбутніми поколіннями – у світлі загрозливою перспективи виснаження нафтогазових ресурсів нашої планети.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)