Термоядролық реакция

Жоғарыда айтылғандай ядролық энергия өндiруге мүмкiндiк беретiн: бірінші – ауыр ядроның бөлiну реакциясы, екiншi - жеңiл ядролар бiрiгiп (синтез) ауырырақ ядро түзіледі.

Бұл тұрғыдан, болашағы мол реакциялардың қатарына көршi ядроларға қарағанда меншiктi байланыс энергиясы үлкен 2He⁴ ядросын синтездеу жəне басқа ең жеңiл ядролардың (1Н¹) синтезделу реакцияларын жатқызуға болады. Мысалы:

₁ H ² ₁ H ² ₂ He ³ ₀ n ¹ 3,26 Мэв;

₁ H ² ₁ H ² ₁ He ³ ₁ H ¹ 3,9 Мэв; ₁ H ² ₁ H ³ ₂ He ⁴ ₀ n ¹ 17,6 Мэв; ₁ H ² ₁ H ³ ₂ He ⁴ ₁ H ¹ 18,35Мэв;

₁ H ³ ₁ H ³ ₂ He ⁴ 2₀ n ¹ 11,33Мэв;

₂ He ⁴ ₂ He ³ ₂ He ⁴ 2₁ H ¹ 12,86Мэв;

~ 233 ~

₃ Li ⁶ ₀ n ¹ ₂ He ⁴ ₁ H ³ 4,78 Мэв; ₃ Li ⁶ ₁ H ¹ ₂ He ⁴ ₂ H ³ 4,02Мэв; ₃ Li ⁶ ₁ H ² ₃ Li ⁷ ₁ H ¹ 5,01 Мэв; ₃ Li ⁶ ₁ H ² ₂ He ⁴ ₂ He ⁴ 22,37Мэв;

Ядролық реакция кезiнде бөлiнiп шығатын энергия (200 Мэв), ядролық синтез кезiнде бөлiнiп шығатын энергиядан (20 Мэв) əлдеқайда көп. Осыған қарамастан термоядролық реакцияларға көп ықылас бөлiнуде.

Екi реакцияның тиiмдiсiн анықтау үшiн реакция кезiнде бөлiнетiн жалпы энергияны емес, оның бiрлiк массасына немесе бiр нуклонға келетiн меншікті энергияны қарастыру керек. Мысалы, уран 235-тiң бiр грамында дейтерийдiң бiр грамынан 235/2 есе көп ядро болады. Бiр-уран (235) ядросынан 200Мэв-қа жуық энергия, ал екi дейтерий ядросының қатысуымен (1Н³ немесе ₂Н³ ядросында синтез кезiнде) орта есеппен 3.6 Мэвэнергия бөлiнiп шығады. Осы ядролық синтез кезiнде бөлiнiп шығатын энергия өте аз деуге болады. Мысалдағы осы екеуiн салыстырып көрелiк, ол үшiн 1 грамм отын жанғанда бөлiнiп шығатын меншiктi энергия (бұл екi процесс үшiн) қатынасы:

бiрдей дерлiк. Екi құбылыс үшiн де энергияның шығымы 23Мвт сағ/г. Егер дейтерийдiң 1 грамының бағасы уранның 1 грамының бағасынан 100 есе кем жəне жер шарындағы дейтерийдiң қоры сарқылмастай көп, ал бөлiнетiн заттардың қоры туралы олай деуге болмайтынын ескерсек, басқарылатын термоядролық реакцияларды iске асыру жолын iздестiрудiң экономикалық тиiмдi екенi түсiнiктi болады.

Дағдылы жағдайларда екi ядроның бiрiгуі кулондық тебiлу əсерi мен ядролық əсерлесудiң қысқа қашықтығында мүмкiн емес. А1 мен А2 екi ядро, ядролық күштердiң əсерiнен бiр-бiрiне қосылып тұтас ядро беру үшiн оларды R=1,2(A₁^1/3+A₂^1/3)фм

~ 234 ~

қашықтыққа дейiн жақындату керек. Жақындату кезiнде кулондық тебiлу күшiне қарсы сыртқы күш əсер етiп жұмыс атқарады. Егер А1 мен А2 ядроларынан пайда болған ядроның байланыс энергиясы, А1 мен А2 ядроларының жеке байланыс энергиясынан (жеткiлiктi) артық болса, онда синтездiк реакцияның Qc энергиясы оларды жақындатуға жұмсаған энергиядан артық болу керек. Мұндай жағдайда сөнбей өздiгiнен жалғасатын синтездiк реакция орындалуы мүмкiн болады.

А1 мен А2 ядроның кинетикалық энергиясын артырудың бiр жолы оларды қоршаған ортаның температурасын жоғарылатуқажет. Оның əсерiнен ядролардың жылулық қозғалыс жылдамдығы артады, олар бір-бiрiне ядролық əсерлесу болатындай қашықтыққа дейiн жақындай алады. Ядролық күштердiң əсерiнен олар тұтасып, бiр күрделiрек ядро бередi.

Меншiктi байланыс энергиясы ядроның А массалық санына тəуелдiгiнен жеңiл A₁ A ₂ 60 ядролар үшiн екi ядро

бiрiгiп ауырырақ ядро құру, энергиялық тиiмдi екенi көрiнедi. Жеңiл ядролардың қосылып ауырырақ ядро түзу реакциясы

өте жоғары температура кезiнде ғана (10⁷К жəне одан жоғары) орын алады. Сондықтан оларды термоядролық реакциялар деп атаймыз. Термоядролық реакциялар өте жоғары ондаған жəне жүздеген миллион кельвин температуралар жағдайында ғана өте нəтижелi болады. Олардан бөлiнiп шығатын қажетті энергия өте жоғары температураны қамтамасыз етедi. Мысалы, тритий (1H³) мен дейтерийдiң (1H²) қосылу реакциялары Т=25млн температурада (К) ғана өтедi. Мұндай температура кезiнде зат плазма күйiнде болады. Плазма деп заттың толық дерлiк иондалған, электрон-иондық газ күйiн айтады.