imported>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)

2025-07-16T10:10:56Z

замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)

Новая страница

[[Файл:Deuterium-tritium fusion.svg|thumb|Схема реакции дейтерий — тритий]]
[[Файл:Animated D-T fusion.gif|thumb|[[Компьютерная анимация|Анимированная]] схема реакции дейтерий — тритий]]
{{Ядерные процессы}}
'''Термоя́дерная реа́кция''' — разновидность [[Ядерная реакция|ядерной реакции]], при которой лёгкие [[Атомное ядро|атомные ядра]] объединяются в более тяжёлые за счёт [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]] их [[Тепловое движение|теплового движения]].

== Происхождение термина ==
Для того, чтобы произошла [[ядерная реакция]], исходные [[атомное ядро|атомные ядра]] должны преодолеть так называемый «[[кулоновский барьер]]» — силу [[Электростатика|электростатического]] отталкивания между ними. Для этого они должны иметь большу́ю [[кинетическая энергия|кинетическую энергию]]. Согласно [[Физическая кинетика|кинетической теории]], кинетическую энергию движущихся микрочастиц вещества (атомов, молекул или ионов) можно представить в виде температуры, а следовательно, нагревая вещество, можно достичь термоядерной реакции. Именно эту взаимосвязь нагревания вещества и ядерной реакции и отражает термин «термоядерная реакция».

== Кулоновский барьер ==
[[Файл:Fusion rxnrate-ru.svg|thumb|222px|График зависимости активности термоядерной реакции (среднее значение времени сечения и относительной скорости реагирующих ядер) от температуры для реакций дейтерия. Среднее значение определяется по максвелловскому распределению скоростей ионов с соответствующей температурой.]]
Атомные ядра имеют положительный [[электрический заряд]]. На больших расстояниях их заряды могут быть экранированы электронами [[Электронная оболочка|электронных оболочек]] атомов. Для того, чтобы произошло слияние ядер, во-первых, процесс слияния должен быть энергетически выгоден и, во-вторых, — они должны сблизиться на расстояние, на котором существенно действие [[сильное взаимодействие|сильного взаимодействия между нуклонами]]. Это расстояние — порядка размера самих ядер и во много раз меньше размера [[атом]]ов.

На таких расстояниях электронные оболочки атомов (даже если бы они сохранились) уже не могут экранировать заряды ядер, поэтому ядра испытывают сильное электростатическое отталкивание. Сила этого отталкивания, в соответствии с [[Закон Кулона|законом Кулона]], обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами. На расстояниях порядка размера ядер сила притяжения сильного взаимодействия, которое стремится их связать, быстро возрастает и становится больше силы кулоновского отталкивания.

Таким образом, чтобы вступить в реакцию, ядра должны преодолеть [[потенциальный барьер]] кулоновского отталкивания. Например, для реакции [[дейтерий]]-[[тритий]] величина этого барьера до начала действия сильного взаимодействия составляет примерно 0,1 [[Электронвольт|МэВ]]. Для сравнения, энергия ионизации атома водорода — 13 эВ. Поэтому вещество, способное вступать в термоядерные реакции, будет представлять собой практически полностью ионизированную [[плазма|плазму]].

Температура, эквивалентная 0,1 МэВ, приблизительно равна 109 [[кельвин|К]], и технически трудно достижима. Однако есть два эффекта, которые снижают температуру, необходимую для термоядерной реакции:

* Во-первых, температура характеризует лишь среднюю кинетическую энергию частиц плазмы, в плазме есть частицы как с меньшей энергией, так и с большей. На самом деле в термоядерной реакции участвует небольшое количество ядер, имеющих энергию намного больше средней энергии, характеризуемой температурой (так называемый «хвост [[Распределение Максвелла|максвелловского распределения]]»).

* Во-вторых, благодаря [[Квантовая физика|квантовым]] эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер. Если их энергия немного меньше барьера, они могут с некоторой вероятностью [[Туннельный эффект|туннелировать]] сквозь него, причём чем ближе эта энергия к величине кулоновского барьера, тем выше вероятность ядерной реакции<ref>{{cite book |title=College Physics |volume=2 |last1=Serway |last2=Vuille |year=2008 |publisher=Brooks/Cole |location=Belmont |isbn=978-0-495-55475-2 |edition=Eighth }}</ref>.

Мощность термоядерного синтеза на единицу объёма описывается выражением:

: <math>P_f = n_A n_B \langle \sigma \nu_{A,B} \rangle E_f,</math>

: где <math>P_f</math> — мощность термоядерного синтеза на единицу объёма,
: <math>n_A,\ n_B</math> — объёмные концентрации реагирующих частиц A и B,
: <math>\langle \sigma \nu_{A,B} \rangle</math> — активность, произведение сечения реакции на усреднённую скорость частиц в распределении Максвелла.

Произведение <math>\langle \sigma v_{A,B} \rangle</math> зависит от температуры и имеет максимум при некоторой температуре, так как при малых температурах энергия частиц недостаточна для преодоления энергетического барьера, а при слишком высоких температурах кинетическая энергия столкновения частиц начинает превышать энергию связи продуктов слияния ядер и вероятность слияния падает. Зависимость активности трёх важнейших термоядерных реакций от температуры приведена на рисунке.

== Термоядерные реакции ==
Некоторые важнейшие экзотермические термоядерные реакции с большими сечениями<ref>{{Cite web |url=http://profbeckman.narod.ru/YadFiz.files/L21.pdf |title=И. Н. Бекман. Ядерная физика. Лекция 21. Ядерные реакции в термоядерном синтезе |access-date=2015-08-21 |archive-date=2015-03-28 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150328213350/http://profbeckman.narod.ru/YadFiz.files/L21.pdf |url-status=live }}</ref>:
{|
|-
|width="50px"|(1)||[[дейтерий|D]]||+||[[тритий|T]]
|→|| ||{{sup|4}}[[гелий|He]]||(3,5 MeV)
| +|| ||[[нейтрон|n]]||(14,1 MeV)||
|-
|(2)||D||+||D
|→|| ||T||(1,01 MeV)
| +|| ||[[протон|p]]||(3,02 MeV)
| || ||||width="50px"| ||(50 %)
|-
|(3)|| || ||
|→|| ||3He||(0,82 MeV)
| +|| ||n||(2,45 MeV)
| || || || ||(50 %)
|-
|(4)||D||+||3He
|→|| ||{{sup|4}}He||(3,6 MeV)
| +|| ||p||(14,7 MeV)
|-
|(5)||T||+||T
|→|| ||{{sup|4}}He||
| +||2 ||n||+ 11,3 MeV
|-
|(6)||{{sup|3}}He||+||{{sup|3}}He
|→|| ||{{sup|4}}He||
| +||2 ||p||
| +
|[[Фотон|γ]]
| (+12,85 MeV)
|-
|(7)||{{sup|3}}He||+||T
|→|| ||{{sup|4}}He||
| +|| ||p||
| +||n||+ 12,1 MeV|| ||(51 %)
|-
|(8)|| || ||
|→|| ||{{sup|4}}He||(4,8 MeV)
| +|| ||D||(9,5 MeV)
| || || || ||(43 %)
|-
|(9)|| || ||
|→|| ||{{sup|4}}He||(0,5 MeV)
| +|| ||n||(1,9 MeV)
| +||p||(11,9 MeV)|| ||(6 %)
|-
|(10)||D ||+||{{sup|6}}[[литий|Li]]
|→||2 ||{{sup|4}}He<ref>Это суммарная запись топливного цикла DT реакции с воспроизводством T через Li</ref>||+ 22,4 MeV -
|-
|(11)||p ||+||{{sup|6}}Li
|→|| ||{{sup|4}}He||(1,7 MeV)
| +|| ||{{sup|3}}He||(2,3 MeV)
|-
|(12)||{{sup|3}}He||+||{{sup|6}}Li
|→||2 ||{{sup|4}}He||
| +|| ||p||+ 16,9 MeV
|-
|(13)||p||+||{{sup|11}}[[Бор (элемент)|B]]
|→||3 ||{{sup|4}}He||+ 8,7 MeV
|-
|(14)||n||+||{{sup|6}}Li
|→|| ||{{sup|4}}He|| ||+|| ||T||+ 4,8 MeV
|}

== Мюонный катализ ==
{{main|Мюонный катализ}}
Термоядерная реакция может быть существенно облегчена при введении в реакционную плазму отрицательно заряженных [[мюон]]ов.

Мюоны µ−, вступая во взаимодействие с термоядерным топливом, образуют [[мезомолекула|мезомолекулы]], в которых расстояние между ядрами атомов топлива многократно (≈200 раз) меньше, что облегчает их сближение и, кроме того, повышает вероятность туннелирования ядер через кулоновский барьер.

Число реакций синтеза ''Xc'', инициируемое одним мюоном, ограничено величиной [[коэффициент прилипания|коэффициента прилипания]] мюона. Экспериментально удалось получить значения Xc ~100, то есть один мюон способен высвободить [[энергия|энергию]] ~ 100 × Х МэВ, где Х — энергетический выход катализируемой реакции.

Пока величина освобождаемой энергии меньше, чем энергетические затраты на производство самого мюона (5-10 ГэВ). Таким образом, мюонный катализ пока энергетически невыгодный процесс. Коммерчески выгодное производство энергии с использованием мюонного катализа возможно при ''Xc'' ~ 104. Мюоны в свою очередь нестабильны и быстро распадаются, поэтому добавлять их необходимо постоянно.

== Применение ==
Применение термоядерной реакции как практически неисчерпаемого [[источник энергии|источника энергии]] связано в первую очередь с перспективой освоения технологии [[Управляемый термоядерный синтез|управляемого термоядерного синтеза]] (УТС). В настоящее время научная и технологическая база не позволяет использовать УТС в промышленных масштабах.

[[Файл:IvyMike2.jpg|thumb|Первое испытание прототипа водородной бомбы. США, 1 ноября 1952 г. Проект [[Иви Майк|Ivy Mike]] ]]
Вместе с тем неуправляемая термоядерная реакция нашла своё применение в военном деле. Впервые [[Термоядерное оружие|термоядерное взрывное устройство]] было [[Иви Майк|испытано]] в ноябре 1952 года в США, а уже в августе 1953 года в Советском Союзе испытали термоядерное взрывное устройство в виде авиабомбы. Мощность термоядерного взрывного устройства (в отличие от [[Ядерное оружие|атомного]]) ограничена лишь количеством используемого для его создания материала, что позволяет создавать взрывные устройства практически любой мощности.

== См. также ==
* [[Нуклеосинтез]]
* [[Ядерная реакция]]

== Примечания ==
{{примечания}}
{{нет источников|дата=2016-07-20}}
{{Ядерная технология}}

[[Категория:Термоядерные реакции|*]]

Термоядерная реакция - История изменений

imported>Alex NB OT: замена имён и значений устаревшего неподдерживаемого InternetArchiveBot формата параметров доступности ссылок (1)