Синтез ядер - студопедія

Джерелом величезної енергії може служити реакція синтезу атомних ядер - обра-тання з легких ядер більш важких. Питома енергія зв'язку ядер (см.ріс.19.1) різко збільшується при переході від ядер важкого водню (дейтерію і тритію) до літію і особливо до гелію, т. Е. Реакції синтезу легких ядер у важчі повинні супроводжуватися виділенням великої кількості енергії. Наприклад, в реакції синтезу дейтерію і тритію

виділяється енергія Q = 17,6 МеВ або З, 5 МеВ на нуклон, в той час як в реакції (20,6) поділу важкого ядра виділяється енергія 1,1 МеВ на один нуклон.

Для злиття легких ядер необхідно, щоб вони зблизилися на відстань близько 10 -14 м, тобто на відстань дії ядерних сил. Цьому зближенню перешкоджають сили кулонівського відштовхування ядер. Щоб ці сили подолати, необхідно щоб ядра рухалися назустріч один одному, маючи велику кінетичну енергію, велику швидкість. Для цього необхідно в активній зоні реакції підтримувати дуже високу температуру. Тому реакції синтезу легких атомних ядер у важчі, що відбуваються при надвисоких температурах (приблизно 10 7 До і вище), називаються термоядерними реак-ціями.

Термоядерні реакції відіграють велику роль в еволюції Всесвіту. Енергія випромінювання Сонця і зірок має термоядерний походження. Температура в центральній частині зірки настільки велика, що в ній протікають реакції синтезу ядер водню з утворенням гелію. Чим вище температура всередині зірки, тим важчі ядра можуть утворюватися в результаті синтезу. Так пояснюється різноманіття хімічних елементів у Всесвіті.

Вперше штучна термоядерна реакція здійснена в нашій країні (1953), а потім (через півроку) в США в вигляді вибуху водневої (термоядерної) бомби, що є некерованою реакцією. Вибуховою речовиною служила суміш дей-терия і тритію, а запалом - «звичайна» атомна бомба, при вибуху якої виникає необхідна для протікання термоядерної реакції температура.

Особливий інтерес представляє здійснення керованої термоядерної реакції, для забезпечення якої необхідно створення і підтримання в обмеженому обсязі температури близько 10 8 К. Так як при даній температурі термоядерна робоча речовина являє собою повністю ионизованного плазму, виникає проблема її ефективної термоізоляції від стінок робочого об'єму. На даному етапі розвитку вважається, що основний шлях в цьому напрямку - це утримання плазми в обмеженому обсязі під впливом магнітних полів спеці-ної форми.

Початок широкого міжнародного співробітництва в галузі фізики високотемпературної плазми і керованого термоядерного синтезу, покладено роботами І. В. Курчатова.

Під керівництвом Л. А. Арцвмовіча колектив вчених Інституту атомної енергії (ІАЕ) ім. І. В. Курчатова здійснив широке коло досліджень, результатом яких з'явився пуск влітку 1975 в ІАЕ найбільшої в світі термоядерної установки «Токамак-10».

У цій установці плазма створюється в тороидальной камері, що знаходиться в магнітному полі. Магнітне поле формує плазмовий шнур, також має форму тора і відокремлений від стінок камери, температура якого приблизно × 10 7 К, щільність приблизно 10 14 частинок / см 3 і час утримання плазми близько 1 с. Однак, цього поки що недостатньо для промислового використання термоядерного синтезу, дослідження тривають ..

Керований термоядерний синтез відкриває людству доступ до невичерпної «скарб-вої» ядерної енергії, укладеної в легких елементах. Найбільш привабливою в цьому сенсі є можливість отримання енергії з дейтерію, що міститься в звичайній воді. Справді, кількість дейтерію в океанській воді становить приблизно 4 × 10 13 т, чому відповідає енергетичний запас 10 17 МВт × рік. Іншими словами, ці ресурси не обмежені. Залишається тільки сподіватися, що рішення цих проблем - справа недалекого майбутнього.