Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Ядерный (термоядерный) синтез — это процесс слияния легких ядер, образующих более тяжелые ядра. В результате выделяется энергия при условии, что образовавшееся ядро содержит не более 50 нейтронов и протонов. Чтобы два ядра слились, они должны приблизиться друг к другу на расстояние порядка 2–3 х 10^-15 м, оказавшись в радиусе действия ядерных сил. Начальная кинетическая энергия двух сливающихся ядер должна быть порядка МэВ; только в этом случае можно преодолеть электростатические силы отталкивания между ядрами и позволить им приблизиться на расстояние 2–3 х 10^-15 м. Такие условия создаются внутри звезды в результате чрезвычайно высокой температуры, которая поддерживается энергией, выделяемой при слиянии ядер водорода (протонов) и образовании ядер гелия и других элементов. Энергия, выделяемая на одно ядро гелия, равна приблизительно 7 МэВ на нуклон, что значительно больше энергии, выделяемой при делении ядер.

Реакция синтеза может поддерживаться в термоядерном реакторе, где магнитные поля удерживают плазму из ионизированного водорода при пропускании через нее тока с очень большой силой, порядка 10⁶ А. Этого тепла достаточно, чтобы вызвать реакцию синтеза, при которой из ядер водорода образуются ядра гелия и других более тяжелых элементов; при этом наблюдаются следующие стадии:

1) р + р —> ²₁H + ⁰₁β+ 0,4 МэВ (в плазме);

2) ²₁H + ³

₁H₁ —> ⁴₂Не + ¹₀n + 17,6 МэВ (в плазме);

3) ⁶₃Li + ¹₀n —> ⁴₂

Не + ³₁H + 4,8 МэВ (в литиевой оболочке, окружающей реактор).

Тритий (³₁H), образующийся в литиевой оболочке, удаляется из нее и подается в плазму. Нейтроны, выделяемые в плазме, поглощаются ядрами лития; при этом образуются ядра трития и гелия. Таким образом, общий процесс выделяет 22,8 МэВ энергии на каждые четыре протона и нейтрона, из которых образуется ядро гелия. Сырьем служат водород и литий. Теоретически энергии, выделяемой при реакции синтеза, должно быть более чем достаточно для поддержания высокой температуры плазмы. Однако в настоящий момент невозможно добиться того, чтобы в таком реакторе выделялось больше энергии, чем необходимо для поддержания реакции синтеза.

Словарь

Адрон — любая элементарная частица, испытывающая сильное ядерное взаимодействие.

Активность — степень распада нестабильных ядер.

Амплитуда — максимальное смещение колеблющихся частиц относительно точки равновесия.

Барион — частица, состоящая из трех кварков.

Диффузия — постепенное и равномерное распространение хаотически движущихся частиц в веществе.

Длина волны — наименьшее расстояние между колеблющимися частицами, в один и тот же момент перемещенными на равное расстояние в том же направлении.

Дыра — переносчик положительного заряда в полупроводниках p-типа, обладающий зарядом, количественно равным заряду электрона. Фактически представляет собой вакансию электрона в атоме полупроводника.

Заряд — существует два типа заряда, положительный и отрицательный. Частицы, имеющие заряд одного типа, отталкиваются друг от друга, а частицы, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Заряд измеряется целым числом е, соответствующим заряду электрона.

Изотопы элемента — это атомы, имеющие одно и то же число протонов, но различное число нейтронов в ядре.

Импульс — произведение массы на скорость тела.

Интенсивность — количество энергии, переносимой в секунду волной или излучением через единицу площади поверхности.

Ион — атом, имеющий заряд. В незаряженных атомах число электронов равно числу протонов. При удалении электрона атом становится положительным ионом, при добавлении электрона — отрицательным.

Лептон — любая частица, испытывающая слабое взаимодействие.

Масса — мера инерции или сопротивления движению тела.

Напряжение — то же, что и разность потенциалов.

Нейтрон — незаряженная частица, масса которой немного больше массы протона. Ядро каждого атома состоит из одного или более протонов и нейтронов.

Перемещение — расстояние, пройденное от некоей точки в определенном направлении.

Период полураспада — время, необходимое для распада половины ядер радиоактивного изотопа.

Протон — положительно заряженная частица, представляющая собой ядро самого легкого атома (атома водорода).

Связь

— любые силы, удерживающие вместе две частицы.

Сила — любое взаимодействие, служащее причиной движения тела.

Скорость — быстрота перемещения тела в определенном направлении.

Скорость света — скорость света в вакууме, приблизительно равная 300 000 км/с. Ни одно тело не может перемещаться с большей скоростью.

Спин — собственный угловой момент частицы. Он постоянен и равен s(h/2n), где s — спиновое число, выражаемое как целое число, умноженное на ¹/₂.

Спин электрона равен ¹/₂. Частицы с полуцелым спином (¹/₂, ³/₂ и т. д.) называются фермионами, а с нулевым или целым (0, 1 и т. д.) — бозонами.