Що таке термоядерна реакція?
Термоядерна реакція - це ядерна реакція між легкими атомними ядрами, що протікає при дуже високій температурі (вище 108 К). При цьому утворюється велика кількість енергії у вигляді нейтронів з високим енергетичним показником і фотонів - частинок світла.
Високі температури, а отже, і великі енергії ядер, які стикаються, необхідні для подолання електростатичного бар'єру. Цей бар'єр обумовлений взаємним відштовхуванням ядер (як однойменно заряджених частинок). Інакше вони не змогли б зблизитися на відстань, достатню для дії ядерних сил (а це приблизно 10-12 см).
Термоядерна реакція являє собою процес утворення ядер, які сильно пов'язані між собою, з більш пухких. Майже всі подібні реакції відносяться до реакцій злиття (синтезу) більш легких ядер у важкі.
Кінетична енергія, необхідна для подолання взаємного відштовхування, повинна збільшуватися по мірі збільшення заряду ядра. Тому найлегше проходить синтез легких ядер, що володіють малим електричним зарядом.
У природі термоядерна реакція може протікати лише в надрах зірок. Для її здійснення в земних умовах необхідно розігріти речовина одним з можливих способів:
- ядерним взривом-
- бомбардуванням інтенсивним пучком частинок-
- потужним імпульсом лазерного випромінювання або газовим розрядом.
Термоядерна реакція, яка йде в надрах зірок, грає архіважливу роль в еволюції Всесвіту. По-перше, з водню в зірках утворюються ядра майбутніх хімічних елементів, а по-друге, це енергетичне джерело зірок.
Термоядерні реакції на Сонці
На Сонці в якості основного джерела енергії виступають реакції протон-протонного циклу, коли з чотирьох протонів народжується одне ядро гелію. Енергія, яка виділяється в процесі синтезу, несеться утворюють ядрами, нейтронами, нейтрино і квантами електромагнітного випромінювання. Вивчаючи йде від Сонця потік нейтрино, вчені могуть встановити, природу і інтеснівность ядерних реакцій, які відбуваються в його центрі.
Середня інтенсивність енерговиділення Сонця за земними мірками незначна - всього 2 ерг / с * г (на 1 грам сонячної маси). Ця величина значно менше, ніж швидкість електровиделенія в живому організмі в процесі стандартного обміну речовин. І тільки завдяки величезній масі Сонця (2 * 1033 г) загальний обсяг випромінюваної ним потужності становить таку гігантську величину, як 4 * 1028 Вт
Завдяки величезним розмірам і масі Сонця та інших зірок, проблема утримання і термоізоляції плазми вирішується в них ідеально: реакції протікають в гарячому ядрі, а тепловіддача відбувається з більш холодній поверхні. Тільки тому зірки можуть настільки ефективно виробляти енергію в настільки повільних процесах, як протон-протонних цикл. У земних умовах такі реакції практично нездійсненні.
Термоядерна енергетика - основа майбутнього
На нашій планеті є сенс застосовувати і використовувати тільки найбільш ефективні з термоядерних реакцій - насамперед синтез гелію з ядер Лейтера і тритію. Подібні реакції в порівняно великих масштабах здійсненні поки тільки в випробувальних вибухах водневих бомб. Тим не менш, постійно ведуться всі нові розробки з метою ефективного отримання мирної електроенергії. Традиційна атомна енергетика використовує реакцію розпаду, а в термоядерної енергетиці задіяний синтез. При цьому термоядерна реакція має ряд незаперечних переваг перед реакцією ядерного розпаду.
1. При термоядерних реакціях є можливість уникнути виділення радіоактивного випромінювання, оскільки енергетичним продуктом в даному випадку є «чиста» енергія світла.
2. За кількістю одержуваної енергії термоядерні процеси набагато обганяють традиційні атомні реакції, які використовуються в сучасних реакторах.
3. Щоб підтримувати реакцію ядерного розпаду, необхідний постійний контроль потоку нейтронів, інакше може послідувати некерована ланцюгова реакція, небезпечна для людства. Для отримання термоядерної енергії замість потоку нейтронів використовується висока температура, тому подібні ризики зникають.
4. Паливо для термоядерних реакцій нешкідливо, на відміну від продуктів розпаду палива ядерних реакторів.
Не так давно американські вчені зуміли створити робочу модель термоядерної реакції, в якій енерговіддача в сто разів перевищує енерговитрати. Це є гарною заявкою на подальший успішний "приручення" термоядерної енергетики.