Реакции термоядерного синтеза

При взаимодействии двух ядер может образоваться новое ядро. Такая реакция называется синтезом ядер. Примером такой реакции может служить реакция синтеза дейтерия и трития

Превращение ядер становится возможным только, когда они так близ­ко подходят друг другу, что в действие вступают ядерные силы. Для того, чтобы два ядра смогли, преодолев силы кулоновского отталкива­ния, приблизиться друг к другу, они должны иметь достаточно высокие кинетические энергии. Такими энергиями ядра могут обладать, когда вещество имеет температуру порядка 10⁷ — 10⁸ К. Поэтому процесс сли­яния ядер называется реакцией термоядерного синтеза.

Получим выражение для энергии Q реакции синтеза двух ядер Х₁ и Х₂:

X ₁ + X ₂ → Y + γ

в результате которой образуется ядро Y и испускается γ -квант. Согласно

формуле (23.17)

Q = (M ₁ + M ₂ - M) c ², (23.25)

где M₁, М₂ и М - массы ядер Х₁, Х₂ и У соответственно. Запишем выражения для энергий связи этих ядер:

где i= 1, 2;

и , есть СУММЫ масс нуклонов, входящих в

Y

состав ядер Х₁ Х₂ и У. Так как ядро У образуется из тех же самых нуклонов, из которых состояли ядра Х\ и Х₂, справедливы равенства

и A ₁ + A ₂ = A,

где Аг, А₂ и А - массовые числа ядер Хг, Х₂ и У. Эти соотношения позволяют преобразовать формулу (23.25) к виду

Выразив энергии связи ядер через соответствующие значения удельной энергии связи при помощи формул

,

придем к следующему выражению для энергии реакции синтеза двух ядер:

Q = (A ₁ + A ₂) ε (A ₁ + A ₂) - A ₁ ε (A ₁) - A ₂ ε (A ₂) ≡

≡ A ₁ (ε (A ₁ + A ₂) - ε (A ₁)) + A ₂ (ε (A ₁ + A ₂) - ε (A ₂)) (23.26)

Как следует из этой формулы, энергия реакции синтеза ядер положи­тельна при условиях

ε (A ₁ + A ₂) > ε (A ₁) A ₂ ε (A ₁ + A ₂) >(ε (A ₂) e(Ai + A₂) > е(А₂),

которые выполняются, если функция ε = ε (A) возрастает при увеличе­нии массового числа А. Таким свойством обладают удельные энергии связи нуклонов в легких ядрах. Поэтому реакция термоядерного син­теза является экзотермической и может быть использована для получе­ния тепловой энергии. Теоретические расчеты и наблюдения позволяют предположить, что термоядерные реакции протекают в недрах Солнца и других звезд.

ГЛАВА 5