Термоядерные реакции

Как мы уже отмечали, энергетически возможны ядерные реакции синтеза легких ядер. Но для этого необходимо преодолеть силы кулоновского отталкивания, чтобы сблизить ядра на расстояния радиуса действия ядерных сил. Необходимая для этого энергия должна иметь величину:

.

Оценим порядок необходимой энергии для случая :

(Дж).

Оценим теперь температуру, при которой могут быть достигнуты такие энергии, учитывая, что ( Дж/К- постоянная Больцмана) и на долю каждого сталкивающегося ядра приходится энергия :

(К).

Видим, что для сближения ядер на такие расстояния необходима температура порядка нескольких миллиардов градусов. Такие температуры реализуются, в частности, в звездах. При этом там идут реакции выгорания водорода и образования гелия. Эта реакция идет в три этапа.

На первом этапе идет реакция слияния водорода с образованием дейтерия, позитрона и нейтрино:

.

На втором этапе идет реакция синтеза водорода и дейтерия с образованием изотопа гелия и -квантов:

.

На третьем этапе идет реакция синтеза изотопов гелия с образованием гелия и водорода:

.

Кроме того, возможны реакции с участием ядер катализаторов.

Водородная бомба

Расчеты показывают, что легче всего идет реакция:

.

Но для этого необходима очень высокая температура. Поэтому вначале в очень прочной оболочке взрывают атомную бомбу, при этом развиваются необходимые температуры и начинает идти реакция неуправляемого ядерного синтеза – термоядерный взрыв.

Управляемые термоядерные реакции

Для реакции синтеза легких ядер необходимо создать и поддерживать в некотором объёме температуру порядка К. Однако следует учесть, что при данной температуре существуют частицы, скорость которых больше средней скорости частиц при данной температуре. Поэтому условия для ядерного синтеза могут реализоваться и при более низких температурах.

В 1964 году удалось получить плазму, температура которой порядка нескольких десятков миллионов. Однако для управляемого термоядерного синтеза предстоит решить еще очень много проблем (например, где, в какой емкости должна идти эта реакция). Ведь при температуре в несколько миллионов градусов стенки реактора мгновенно превратятся в пар. Существуют также и другие проблемы.