Termonukleární reakce

Termonukleární reakce  je druh jaderné reakce , při které se lehká atomová jádra spojují do těžších v důsledku kinetické energie jejich tepelného pohybu .

Původ termínu

Aby došlo k jaderné reakci , musí původní atomová jádra překonat takzvanou " Coulombovu bariéru " - sílu elektrostatického odpuzování mezi nimi. K tomu musí mít velkou kinetickou energii . Podle kinetické teorie lze kinetickou energii pohybujících se mikročástic látky (atomů, molekul nebo iontů) vyjádřit jako teplotu, a proto lze zahřátím látky dosáhnout termonukleární reakce. Právě tento vzájemný vztah mezi ohřevem látky a jadernou reakcí odráží termín „termonukleární reakce“.

Coulombova bariéra

Atomová jádra mají kladný elektrický náboj . Na velké vzdálenosti mohou být jejich náboje odstíněny elektrony. Aby však došlo k fúzi jader, musí se přiblížit na vzdálenost, na kterou působí silná interakce . Tato vzdálenost je v řádu velikosti samotných jader a je mnohonásobně menší než velikost atomu . Na takové vzdálenosti již elektronové obaly atomů (i kdyby byly zachovány) nedokážou stínit náboje jader, takže u nich dochází k silnému elektrostatickému odpuzování. Síla tohoto odpuzování je podle Coulombova zákona nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi náboji. Ve vzdálenostech řádově velikosti jader se síla silné interakce, která má tendenci je vázat, začíná rychle zvyšovat a stává se větší než Coulombovo odpuzování.

Aby jádra mohla reagovat, musí překonat potenciální bariéru . Například pro reakci deuterium - tritium je hodnota této bariéry přibližně 0,1 MeV . Pro srovnání, ionizační energie vodíku je 13 eV. Látkou účastnící se termonukleární reakce bude tedy téměř úplně ionizované plazma .

Teplotní ekvivalent 0,1 MeV je přibližně 10 9 K , nicméně existují dva efekty, které snižují teplotu potřebnou pro termonukleární reakci:

Termonukleární reakce

Některé z nejdůležitějších exotermických termonukleárních reakcí s velkými průřezy [1] :

(jeden) D + T →   4 On (3,5 MeV) +   n (14,1 MeV)  
(2) D + D →   T (1,01 MeV) +   p (3,02 MeV)       (padesáti %)
(3)       →   3He _ (0,82 MeV) +   n (2,45 MeV)         (padesáti %)
(čtyři) D + 3He _ →   4 On (3,6 MeV) +   p (14,7 MeV)
(5) T + T →   4 On   + 2  n + 11,3 MeV
(6) 3He _ + 3He _ →   4 On   + 2  p + γ (+12,85 MeV)
(7) 3He _ + T →   4 On   +   p   + n +12,1 MeV   (51 %)
(osm)       →   4 On (4,8 MeV) +   D (9,5 MeV)         (43 %)
(9)       →   4 On (0,5 MeV) +   n (1,9 MeV) + p (11,9 MeV)   (6 %)
(deset) D + 6Li _ → 2  4 On [2] + 22,4 MeV -
(jedenáct) p + 6Li _ →   4 On (1,7 MeV) +   3He _ (2,3 MeV)
(12) 3He _ + 6Li _ → 2  4 On   +   p +16,9 MeV
(13) p + 11B _ → 3  4 On + 8,7 MeV
(čtrnáct) n + 6Li _ →   4 On   +   T +4,8 MeV

Mionová katalýza

Termonukleární reakci lze značně usnadnit zavedením záporně nabitých mionů do reakční plazmy .

Miony µ − , interagující s termonukleárním palivem, tvoří mesomolekuly , ve kterých je vzdálenost mezi jádry atomů paliva mnohonásobně (≈200krát) menší, což usnadňuje jejich přiblížení a navíc zvyšuje pravděpodobnost jaderného tunelu přes Coulomb bariéra.

Počet fúzních reakcí Xc iniciovaných jedním mionem je omezen hodnotou koeficientu přilnavosti mionu . Experimentálně bylo možné získat hodnoty X c ~ 100, to znamená, že jeden mion je schopen uvolnit energii ~ 100 × X MeV, kde X je energetický výtěžek katalyzované reakce.

Množství uvolněné energie je zatím menší než energetické náklady na výrobu samotného mionu (5-10 GeV). Mionová katalýza je tedy stále energeticky nepříznivý proces. Komerčně zisková výroba energie pomocí mionové katalýzy je možná při X c ~ 10 4 .

Aplikace

Využití termojaderné reakce jako prakticky nevyčerpatelného zdroje energie je spojeno především s perspektivou zvládnutí technologie řízené termonukleární fúze (CTF). V současné době vědecká a technologická základna neumožňuje využití CTS v průmyslovém měřítku.

Neřízená termonukleární reakce přitom našla své uplatnění ve vojenských záležitostech. První termonukleární výbušné zařízení bylo testováno v listopadu 1952 ve Spojených státech a již v srpnu 1953 bylo v Sovětském svazu testováno termonukleární výbušné zařízení v podobě letecké pumy. Síla termonukleárního výbušného zařízení (na rozdíl od atomového ) je omezena pouze množstvím materiálu použitého k jeho vytvoření, což umožňuje vytvářet výbušná zařízení téměř jakékoli síly.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ I. N. Beckman. Nukleární fyzika. Přednáška 21. Jaderné reakce v termojaderné fúzi . Získáno 21. 8. 2015. Archivováno z originálu 28. 3. 2015.
  2. ↑ Toto je souhrnný záznam palivového cyklu DT reakce s reprodukcí T až Li