Головна nbsp> nbsp Wiki-підручник nbsp> nbsp Фізика nbsp> nbsp9 клас nbsp> nbspТермоядерная реакція: сутність, умови протікання, управління реакцією
Загальновідомо, що при розподілі важких ядер атомів під час ядерних реакцій виділяється велика кількість енергії. Однак вдалося встановити, що при злитті легких ядер виділяється ще більшу кількість енергії. Такі реакції назвали термоядерними.
Природа термоядерних реакцій
Термоядерні реакції - це реакції злиття легких ядер, що протікають при високих температурах з виділенням великої кількості енергії. Синтез гелію з водню протікає при t = 108 ˚C. При синтезі одного грама гелію виділяється 4,2 * 1011 Дж. Ця енергія еквівалентна енергії, що виділяється при повному розподілі 4 грамів урану або при спалюванні 10 тонн дизпалива. Термоядерні реакції можна зустріти в зірках, де температура і тиск речовини створюють придатні умови для здійснення злиттів.
У термоядерної реакції синтезу гелію беруть участь ізотопи водню: тритій і дейтерій:
При злитті дейтерію і тритію в ядро гелію виділяється нейтрон і енергія E = 17,6 МеВ.
Умови протікання термоядерних реакцій
Для протікання термоядерних реакцій потрібні певні умови. Потрібно зблизити ядра зазначених ізотопів. Ядра атомів мають позитивний заряд, і, отже, при їх зближенні діють кулонівських сили. розштовхують ці заряди.
Відповідно, для злиття ядер необхідно подолати відразливі сили. Це можливо лише в разі, якщо самі ядра мають дуже великою енергією, в першу чергу, кінетичну енергію руху. тобто тоді, коли їх швидкість досить велика.
Ядра ізотопів можуть володіти такою швидкістю тільки при дуже високій температурі. Необхідно надати частинкам швидкість достатню, щоб вони могли наблизитися один до одного на відстань ≈ 10 ^ -14 м. На такій відстані вже починають діяти ядерні сили тяжіння.
Подібної температури можна домогтися лише при вибуху атомної бомби. Тобто, щоб зробити термоядерну реакцію, треба зробити спочатку ядерну реакцію, і тоді температури буде достатньо для зближення ядер ізотопів водню і здійснення термоядерної реакції. Такий процес був реалізований у водневій бомбі - найпотужнішої з винайдених людиною.
Керовані термоядерні реакції
Однак на сьогоднішній день некерована термоядерна реакція - це вже не актуально. Необхідно освоїти керовану термоядерну реакцію, щоб перетворювати одержувану енергію в електричну. Але є проблема. При досягненні температури, достатньої для здійснення реакції злиття легких ядер, речовина вже перестає бути не тільки твердим, рідким або газоподібним, воно стає плазмою.
Тобто, будь-який реактор моментально випарується при таких температурах. Тут потрібно зовсім інший підхід. На сьогоднішній день вдається утримувати плазму на обмеженій території за допомогою надпотужних електричних магнітів. Але повноцінно використовувати отриману в результаті термоядерної реакції енергію поки не вдається.
Це питання майбутнього. Однак це питання необхідно вирішувати, тому що запаси водню, тобто палива, у Всесвіті практично невичерпні, а земні запаси палива, навпаки, підходять до кінця. Керована термоядерна реакція може раз і назавжди позбавити людство від енергетичних проблем.