ТЕРМОЯ́ДЕРНЫЕ РЕА́КЦИИ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.