реакция синтеза

Ответ от Ёветлана[гуру]
Для того, чтобы произошла реакция синтеза, исходные ядра должны преодолеть силу электростатического отталкивания (см. ниже) , для этого они должны иметь большую кинетическую энергию. Если предположить, что кинетическая энергия ядер определяется их тепловым движением, то можно сказать, что для реакции синтеза нужна большая температура. Поэтому реакция названа «термоядерной» .
[править] Кулоновский барьер
Атомные ядра имеют положительный электрический заряд. На больших расстояниях их заряды могут быть экранированы электронами. Однако для того, чтобы произошло слияние ядер, они должны сблизиться на расстояние, на котором действует сильное взаимодействие. Это расстояние — порядка размера самих ядер и во много раз меньше размера атома. На таких расстояниях электронные оболочки атомов (даже если бы они сохранились) уже не могут экранировать заряды ядер, поэтому они испытывают сильное электростатическое отталкивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с законом Кулона, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера ядер величина сильного взаимодействия, которое стремится их связать, начинает быстро возрастать и становится больше величины кулоновского отталкивания.
Таким образом, чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть потенциальный барьер. Например, для реакции дейтерий-тритий величина этого барьера составляет примерно 0,1 МэВ. Для сравнения, энергия ионизации водорода — 13 эВ. Поэтому вещество, участвующее в термоядерной реакции, будет представлять собой практически полностью ионизированную плазму.
Если перевести 0,1 МэВ в температуру, то получится примерно 109 К. Однако есть два эффекта, которые снижают температуру, необходимую для термоядерной реакции. Во-первых, температура характеризует лишь среднюю кинетическую энергию, есть частицы как с меньшей энергией, так и с большей. На самом деле в термоядерной реакции участвует небольшое количество ядер, имеющих энергию намного больше средней (т. н. «хвост максвелловского распределения») . Во-вторых, благодаря квантовым эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер. Если их энергия немного меньше барьера, они могут с большой вероятностью туннелировать сквозь него. Этот же факт туннелирования используется в мюонном катализе реакций ядерного синтеза.
(1) D + T → 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)
(2) D + D → T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) (50 %)
(3) → 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) (50 %)
(4) D + 3He → 4He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV)
(5) T + T → 4He + 2 n + 11.3 MeV
(6) 3He + 3He → 4He + 2 p
(7) 3He + T → 4He + p + n + 12.1 MeV (51 %)
(8) → 4He (4.8 MeV) + D (9.5 MeV) (43 %)
(9) → 4He (0.5 MeV) + n (1.9 MeV) + p (11.9 MeV) (6 %)
(10) D + 6Li → 2 4He[1] + 22.4 MeV -
(11) p + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV)-
(12) 3He + 6Li → 2 4He + p + 16.9 MeV
(13) p + 11B → 3 4He + 8.7 MeV
[править] Применение
Применение реакции ядерного синтеза как практически неисчерпаемого источника энергии связано в первую очередь с перспективой освоения технологии управляемого синтеза. В настоящее время научная и технологическая база не позволяет использовать УТС в промышленных масштабах.
Вместе с тем, неуправляемая термоядерная реакция нашла своё применение в военном деле. Впервые термоядерное взрывное устройство было испытано в ноябре 1952 года в США, а уже в августе 1953 года в Советском Союзе испытали термоядерное взрывное устройство в виде авиабомбы. Мощность термоядерного взрывного устройства (в отличие от атомного) ограничена лишь количеством используемого для его создания материала, что позволяет создавать взрывные устройства практически любой мощности.
Источник: