Lämpöydinreaktio

Termoydinreaktio  on eräänlainen ydinreaktio , jossa kevyet atomiytimet yhdistetään raskaammiksi niiden lämpöliikkeen kineettisen energian vuoksi .

Termin alkuperä

Jotta ydinreaktio tapahtuisi , alkuperäisten atomiytimien on voitettava niin sanottu " Coulombin este " - niiden välinen sähköstaattinen hylkimisvoima. Tätä varten niillä on oltava suuri kineettinen energia . Kineettisen teorian mukaan aineen liikkuvien mikrohiukkasten (atomien, molekyylien tai ionien) kineettinen energia voidaan esittää lämpötilana, ja siksi ainetta kuumentamalla voidaan saada aikaan lämpöydinreaktio. Termi "termoydinreaktio" heijastaa tätä aineen kuumenemisen ja ydinreaktion välistä keskinäistä yhteyttä.

Coulombin este

Atomiytimillä on positiivinen sähkövaraus . Suurilla etäisyyksillä niiden varaukset voidaan suojata elektroneilla. Kuitenkin, jotta ytimien fuusio tapahtuisi, niiden on lähestyttävä etäisyyttä, jolla voimakas vuorovaikutus toimii . Tämä etäisyys on suuruusluokkaa itse ytimien kokoa ja on monta kertaa pienempi kuin atomin koko . Tällaisilla etäisyyksillä atomien elektronikuoret (vaikka ne olisivat säilyneet) eivät enää pysty seulomaan ytimien varauksia, joten ne kokevat voimakkaan sähköstaattisen hylkimisen. Tämän torjunnan voimakkuus Coulombin lain mukaan on kääntäen verrannollinen varausten välisen etäisyyden neliöön. Ydinten koon suuruusluokkaa olevilla etäisyyksillä niitä sitovan vahvan vuorovaikutuksen voimakkuus alkaa kasvaa nopeasti ja tulee suuremmaksi kuin Coulombin hylkiminen.

Siten ytimien on voitettava potentiaalieste voidakseen reagoida . Esimerkiksi deuterium - tritium-reaktiossa tämän esteen arvo on noin 0,1 MeV . Vertailun vuoksi vedyn ionisaatioenergia on 13 eV. Siksi lämpöydinreaktioon osallistuva aine on lähes täysin ionisoitua plasmaa .

Lämpötila, joka vastaa 0,1 MeV:tä, on noin 10 9 K , mutta on olemassa kaksi vaikutusta, jotka alentavat lämpöydinreaktioon vaadittavaa lämpötilaa:

Termoydinreaktiot

Jotkut tärkeimmistä eksotermisistä lämpöydinreaktioista, joilla on suuret poikkileikkaukset [1] :

(yksi) D + T →   4 Hän (3,5 MeV) +   n (14,1 MeV)  
(2) D + D →   T (1,01 MeV) +   s (3,02 MeV)       (viisikymmentä %)
(3)       →   3 Hän _ (0,82 MeV) +   n (2,45 MeV)         (viisikymmentä %)
(neljä) D + 3 Hän _ →   4 Hän (3,6 MeV) +   s (14,7 MeV)
(5) T + T →   4 Hän   + 2  n + 11,3 MeV
(6) 3 Hän _ + 3 Hän _ →   4 Hän   + 2  s + γ (+12,85 MeV)
(7) 3 Hän _ + T →   4 Hän   +   s   + n +12,1 MeV   (51 %)
(kahdeksan)       →   4 Hän (4,8 MeV) +   D (9,5 MeV)         (43 %)
(9)       →   4 Hän (0,5 MeV) +   n (1,9 MeV) + s (11,9 MeV)   (6 %)
(kymmenen) D + 6Li _ → 2  4 Hän [2] + 22,4 MeV -
(yksitoista) s + 6Li _ →   4 Hän (1,7 MeV) +   3 Hän _ (2,3 MeV)
(12) 3 Hän _ + 6Li _ → 2  4 Hän   +   s +16,9 MeV
(13) s + 11B _ → 3  4 Hän +8,7 MeV
(neljätoista) n + 6Li _ →   4 Hän   +   T +4,8 MeV

Muon catalysis

Termoydinreaktiota voidaan helpottaa suuresti tuomalla negatiivisesti varautuneita myoneja reaktioplasmaan .

Muonit µ − muodostavat vuorovaikutuksessa lämpöydinpolttoaineen kanssa mesomolekyylejä , joissa polttoaineatomien ytimien välinen etäisyys on monta kertaa (≈200 kertaa) pienempi, mikä helpottaa niiden lähestymistä ja lisäksi lisää todennäköisyyttä ydintunnelointiin Coulombin läpi. este.

Yhden myonin käynnistämien fuusioreaktioiden X c määrää rajoittaa myonin tarttumiskertoimen arvo . Kokeellisesti oli mahdollista saada arvot X c ~ 100, eli yksi myoni pystyy vapauttamaan energiaa ~ 100 × X MeV, missä X on katalysoidun reaktion energian saanto.

Toistaiseksi vapautuneen energian määrä on pienempi kuin itse myonin tuotannon energiakustannukset (5-10 GeV). Siten myonikatalyysi on edelleen energeettisesti epäsuotuisa prosessi. Kaupallisesti kannattava energiantuotanto myonikatalyysillä on mahdollista arvolla X c ~ 10 4 .

Sovellus

Termoydinreaktion käyttö käytännössä ehtymättömänä energialähteenä liittyy ensisijaisesti mahdollisuuteen hallita kontrolloidun lämpöydinfuusion (CTF) teknologiaa. Tällä hetkellä tieteellinen ja teknologinen perusta ei salli CTS:n käyttöä teollisessa mittakaavassa.

Samaan aikaan hallitsematon lämpöydinreaktio on löytänyt sovelluksensa sotilasasioissa. Ensimmäistä lämpöydinräjähdyslaitetta testattiin marraskuussa 1952 Yhdysvalloissa, ja jo elokuussa 1953 ilmapommin muodossa olevaa lämpöydinräjähdyslaitetta testattiin Neuvostoliitossa . Lämpöydinräjähdyslaitteen tehoa (toisin kuin atomin ) rajoittaa vain sen luomiseen käytetyn materiaalin määrä, mikä mahdollistaa melkein minkä tahansa tehon räjähteiden luomisen.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ I. N. Beckman. Ydinfysiikka. Luento 21. Ydinreaktiot lämpöydinfuusiossa . Haettu 21. elokuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 28. maaliskuuta 2015.
  2. ↑ Tämä on yhteenveto polttoainekierrosta DT reaktiosta T:n ja Li:n toiston kanssa