ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЕ РЕА́КЦИИ

ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЕ РЕА́КЦИИ, ре­ак­ции меж­ду яд­ра­ми лёг­ких ато­мов, про­те­каю­щие при тем­пе­ра­ту­ре на­столь­ко вы­со­кой, что мно­гие яд­ра мо­гут пре­одо­леть элек­тро­ста­тич. от­тал­ки­ва­ние (ку­ло­нов­ский барь­ер) и сбли­зить­ся на рас­стоя­ние дей­ст­вия ядер­ных сил. Для лёг­ких ядер энер­ге­ти­че­ски вы­год­но слия­ние с об­ра­зо­ва­ни­ем бо­лее тя­жё­лых ядер (ядер­ный син­тез – ЯС). Од­на­ко та­кие яд­ра мо­гут ока­зать­ся ко­рот­ко­жи­ву­щи­ми или рас­па­дать­ся при по­сле­дую­щих со­уда­ре­ни­ях. Кро­ме то­го, ре­ак­ции ЯС мо­гут с не­боль­шой ве­ро­ят­но­стью про­те­кать и в тер­мо­ди­на­ми­че­ски не­рав­но­вес­ных сис­те­мах, а так­же при низ­ких энер­ги­ях реа­ги­рую­щих ядер за счёт тун­нель­но­го эф­фек­та. При сверх­вы­со­кой плот­но­сти ве­ще­ст­ва воз­мож­ны пик­ноя­дер­ные ре­ак­ции за счёт ну­ле­вых ко­ле­ба­ний ядер в уз­лах крис­тал­лич. ре­шёт­ки. Т. о., ре­ак­ции ЯС не сво­дят­ся ис­клю­чи­тель­но к Т. р. Ре­акции ЯС, про­ис­хо­дя­щие при вы­со­ких темп-рах, на­зы­ва­ют­ся тер­мо­ядер­ным син­те­зом. В при­ро­де Т. р. яв­ля­ют­ся гл. ис­точ­ни­ком энер­гии звёзд и ос­но­вой до­звёзд­ных и звёзд­ных про­цес­сов нук­лео­син­те­за. Т. р. слу­жат фи­зич. ос­но­вой управ­ляе­мо­го тер­мо­ядер­но­го син­те­за (УТС), рас­смат­ри­вае­мо­го как пер­спек­тив­ное на­прав­ле­ние энер­ге­ти­ки бу­ду­ще­го.

Ос­нов­ны­ми T. р. в звёз­дах мас­сой мень­ше или по­ряд­ка мас­сы Солн­ца счи­та­ют­ся ре­ак­ции во­до­род­но­го цик­ла, ос­но­ву ко­то­ро­го со­став­ля­ет ЯС с уча­сти­ем про­то­нов. Эти ре­ак­ции име­ют ма­лое се­че­ние, по­это­му ма­ло­ве­ро­ят­ны и реа­ли­зу­ют­ся лишь бла­го­да­ря боль­шо­му ко­ли­че­ст­ву звёзд­но­го ве­ще­ст­ва, удер­жи­вае­мо­му собств. гра­ви­та­ци­ей звез­ды. В сред­нем по всем ка­на­лам во­до­род­но­го цик­ла с учё­том эле­кт­рон-по­зи­трон­ной ан­ни­ги­ля­ции мож­но счи­тать теп­ло­вы­де­ле­ние Q=26,73 МэВ. Ско­рость цик­ла оп­ре­де­ля­ет­ся наи­бо­лее мед­лен­ны­ми ре­ак­ция­ми слия­ния про­то­нов, так что на­ко­п­ле­ния про­ме­жу­точ­ных про­дук­тов син­те­за не про­ис­хо­дит.

В звёз­дах боль­шей мас­сы при темп-ре бо­лее 18 млн. К до­ми­ни­ру­ют Т. р. уг­ле­род­но-азот­но­го цик­ла, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го так­же син­те­зи­ру­ет­ся ге­лий из во­до­ро­да, а уг­ле­род слу­жит ка­та­ли­за­то­ром про­цес­са (Х. А. Бе­те, Но­бе­лев­ская пр., 1967). Т. р. уг­ле­род­но-азот­но­го цик­ла мо­гут ид­ти с об­ра­зо­ва­ни­ем разл. про­ме­жу­точ­ных эле­мен­тов и по раз­ным ка­на­лам.

Фи­зич. ос­но­ву УТС со­став­ля­ют Т. р., имею­щие наи­боль­шее се­че­ние, в пер­вую оче­редь дей­те­рий-три­тие­вая (DT) ре­ак­ция: D+T→⁴He+n+17,6 MэВ. Она эф­фек­тив­но про­те­ка­ет в плаз­ме с темп-рой ⩾100 млн. К, удов­ле­тво­ряю­щей Ло­усо­на кри­те­рию. Пред­по­ла­га­ет­ся, что УТС на ба­зе этой Т. р. мо­жет быть осу­ще­ст­в­лён в ус­та­нов­ках то­ка­мак. Бо­лее вы­со­ких тем­пе­ра­тур (⩾700 млн. К) тре­бу­ет DD-ре­ак­ция, для ко­то­рой име­ют­ся прак­ти­че­ски не­ис­чер­пае­мые ре­сур­сы де­шё­во­го го­рю­че­го: D+D→T+p+4,03 МэВ или →³He+n+3,27 MэВ. Ещё бо­лее вы­со­кие темп-ры не­об­хо­ди­мы для эко­ло­ги­че­ски при­вле­ка­тель­ных без­ней­трон­ных ре­ак­ций D+³He→⁴He+p+18,3 МэВ, p+¹¹B→ 3⁴He+8,7 МэВ, что силь­но ос­лож­ня­ет их реа­ли­за­цию. В зем­ных ус­ло­ви­ях Т. р. с по­ло­жи­тель­ным энер­го­вы­хо­дом осу­ще­ст­в­ле­ны по­ка лишь в тер­мо­ядер­ном ору­жии.