Termonukleáris reakció

A termonukleáris reakció  egyfajta magreakció , amelyben a könnyű atommagok hőmozgásuk kinetikai energiája miatt nehezebbekké egyesülnek .

A kifejezés eredete

A magreakció létrejöttéhez az eredeti atommagoknak le kell győzniük az úgynevezett " Coulomb-gátat " - a köztük lévő elektrosztatikus taszító erőt . Ehhez nagy mozgási energiával kell rendelkezniük . A kinetikai elmélet szerint egy anyag mozgó mikrorészecskéinek (atomok, molekulák vagy ionok) kinetikus energiája hőmérsékletként ábrázolható, így az anyag melegítésével termonukleáris reakció érhető el. Az anyag melegítése és a magreakció közötti összefüggést tükrözi a „termonukleáris reakció” kifejezés.

Coulomb-gát

Az atommagok pozitív elektromos töltéssel rendelkeznek . Nagy távolságok esetén töltéseiket elektronok árnyékolhatják. Ahhoz azonban, hogy az atommagok összeolvadjanak, olyan távolságra kell közeledniük, amelyen az erős kölcsönhatás hat . Ez a távolság az atommagok méretének nagyságrendje, és sokszorosa az atom méretének . Ilyen távolságban az atomok elektronhéjai (még ha meg is maradtak) már nem tudják kiszűrni az atommagok töltéseit, ezért erős elektrosztatikus taszítást tapasztalnak. Ennek a taszításnak az erőssége a Coulomb-törvény szerint fordítottan arányos a töltések közötti távolság négyzetével. Az atommagok nagyságrendjének nagyságrendjéből adódóan az erős kölcsönhatás ereje, amely hajlamos arra, hogy megkösse őket, gyorsan növekedni kezd, és nagyobb lesz, mint a Coulomb taszítás.

Így ahhoz, hogy reagálhassanak, az atommagoknak le kell győzniük a potenciálgátot . Például a deutérium - trícium reakciónál ennek a gátnak az értéke körülbelül 0,1 MeV . Összehasonlításképpen a hidrogén ionizációs energiája 13 eV. Ezért a termonukleáris reakcióban részt vevő anyag szinte teljesen ionizált plazma lesz .

A 0,1 MeV-nak megfelelő hőmérséklet hozzávetőlegesen 10 9 K , azonban két olyan hatás van, amely csökkenti a termonukleáris reakcióhoz szükséges hőmérsékletet:

Termonukleáris reakciók

Néhány a legfontosabb, nagy keresztmetszetű, exoterm termonukleáris reakciók közül [1] :

(egy) D + T →   4 Ő (3,5 MeV) +   n (14,1 MeV)  
(2) D + D →   T (1,01 MeV) +   p (3,02 MeV)       (ötven%)
(3)       →   3 Ő _ (0,82 MeV) +   n (2,45 MeV)         (ötven%)
(négy) D + 3 Ő _ →   4 Ő (3,6 MeV) +   p (14,7 MeV)
(5) T + T →   4 Ő   + 2  n + 11,3 MeV
(6) 3 Ő _ + 3 Ő _ →   4 Ő   + 2  p + γ (+12,85 MeV)
(7) 3 Ő _ + T →   4 Ő   +   p   + n +12,1 MeV   (51%)
(nyolc)       →   4 Ő (4,8 MeV) +   D (9,5 MeV)         (43%)
(9)       →   4 Ő (0,5 MeV) +   n (1,9 MeV) + p (11,9 MeV)   (6%)
(tíz) D + 6Li _ → 2  4 Ő [2] + 22,4 MeV -
(tizenegy) p + 6Li _ →   4 Ő (1,7 MeV) +   3 Ő _ (2,3 MeV)
(12) 3 Ő _ + 6Li _ → 2  4 Ő   +   p +16,9 MeV
(13) p + 11B _ → 3  4 Ő + 8,7 MeV
(tizennégy) n + 6Li _ →   4 Ő   +   T +4,8 MeV

Muon katalízis

A termonukleáris reakció nagymértékben elősegíthető, ha negatív töltésű müonokat viszünk be a reakcióplazmába .

A µ − müonok a termonukleáris tüzelőanyaggal kölcsönhatásba lépve mezomolekulákat képeznek , amelyekben a tüzelőanyag atommagjai közötti távolság sokszoros (≈200-szor) kisebb, ami megkönnyíti közeledésüket, és ráadásul növeli a Coulomb-on keresztül történő nukleáris alagút kialakulásának valószínűségét. akadály.

Az egy müon által elindított X c fúziós reakciók számát a müontapadási együttható értéke korlátozza . Kísérletileg X c ~ 100 értékeket lehetett kapni , vagyis egy müon ~ 100 × X MeV energiát képes felszabadítani , ahol X a katalizált reakció energiahozama.

Eddig a felszabaduló energia mennyisége kevesebb, mint magának a müonnak az energiaköltsége (5-10 GeV). Így a müonkatalízis továbbra is energetikailag kedvezőtlen folyamat. Kereskedelmileg jövedelmező energiatermelés müonkatalízissel X c ~ 10 4 -nél lehetséges .

Alkalmazás

A termonukleáris reakció gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrásként való felhasználása elsősorban a szabályozott termonukleáris fúzió (CTF) technológiájának elsajátításának lehetőségével függ össze. Jelenleg a tudományos és technológiai bázis nem teszi lehetővé a CTS ipari méretekben történő alkalmazását.

Ugyanakkor egy ellenőrizetlen termonukleáris reakció megtalálta alkalmazását a katonai ügyekben. Az első termonukleáris robbanószerkezetet 1952 novemberében az Egyesült Államokban, 1953 augusztusában pedig már a Szovjetunióban is tesztelték a légbomba formájú termonukleáris robbanószerkezetet. A termonukleáris robbanószerkezet erejét (ellentétben az atommal ) csak a létrehozásához felhasznált anyag mennyisége korlátozza, ami lehetővé teszi szinte bármilyen teljesítményű robbanószerkezet létrehozását.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ I. N. Beckman. Atommag fizika. 21. előadás Atomreakciók a termonukleáris fúzióban . Letöltve: 2015. augusztus 21. Az eredetiből archiválva : 2015. március 28..
  2. ↑ Ez a reakció DT tüzelőanyag-ciklusának összefoglaló rekordja a T reprodukciójával Li-n keresztül