Проблема управляемых термоядерных реакций

Реакция синтеза атомных ядер.

Источником огромной энергии может служить реакция синтеза атомных ядер – образование из легких ядер более тяжелых. В качестве примеров рассмотрим реакции:

(Q = 4,0 МэВ),

(Q = 3,3 МэВ),

(Q = 17,6 МэВ),

(Q = 22,4 МэВ).

Реакции синтеза обладают той особенностью, что в них энергия, выделяемая на один нуклон, значительно больше, чем в реакциях деления тяжелых ядер. Например, если при делении ядра выделяется энергия примерно 200 МэВ, что составляет примерно 0,84 МэВ на один нуклон, то в реакциях приведенных выше эта величина равна 17,6 / 5 МэВ ≈ 3,5 МэВ.

Однако здесь существует некоторая проблема. Например, для соединения ядер дейтерия их надо сблизить до расстояния , равного радиусу действия ядерных сил, преодолевая при этом потенциальную энергию отталкивания ≈ 0,7 МэВ. Получается, что реакция синтеза ядер дейтерия может происходить лишь при температуре . На самом деле для протекания реакции синтеза оказывается достаточно температуры порядка . Это связано с двумя факторами: 1) при температурах, характерных для реакций синтеза атомных ядер, любое вещество находится в состоянии плазмы, распределение частиц которой подчиняется закону Максвелла; поэтому всегда имеется некоторое число ядер, энергия которых значительно превышает среднее значение; 2) синтез ядер может происходить вследствие туннельного эффекта.

Термоядерные реакции являются одним из источников энергии Солнца и звезд. Эти реакции дают наибольший выход энергии на единицу массы, чем любые другие превращения. Например, количество дейтерия в стакане простой воды энергетически эквивалентно примерно 60 л бензина.

Впервые искусственная термоядерная реакция осуществлена в нашей стране (1953), а затем (через полгода) в США в виде взрыва водородной (термоядерной) бомбы, являющегося неуправляемой реакцией. Взрывчатым веществом служила смесь дейтерия и трития, а запалом – атомная бомба, при взрыве которой возникает необходимая температура.

Особый интерес представляет осуществление управляемой термоядерной реакции, для обеспечения которой необходимо создание и поддержание в ограниченном объеме температуры порядка . Так как при данной температуре термоядерное рабочее вещество представляет собой ионизованную плазму, возникает проблема ее термоизоляции от стенок рабочего объема. На данном этапе перспективным считается удержание плазмы в ограниченном объеме сильными магнитными полями специальной формы (“Токамак”).

Дата добавления: 2014-01-13