Што такое тэрмаядзерная рэакцыя?

Тэрмаядзерная рэакцыя - гэта ядзерная рэакцыя паміж лёгкімі атамнымі ядрамі, якая працякае пры вельмі высокай тэмпературы (вышэй 108 Да). Пры гэтым утворыцца вялікая колькасць энергіі ў выглядзе нейтронаў з высокім энергетычным паказчыкам і фатонаў - часціц святла.

Высокія тэмпературы, а такім чынам, і вялікія энергіі ядраў, якія сутыкаюцца, неабходныя для пераадолення электрастатычнага бар'ера. Гэты бар'ер абумоўлены узаемным адштурхваннем ядраў (як аднайменны зараджаных часціц). Інакш яны не змаглі б наблізіцца на адлегласць, дастатковую для дзеяння ядзерных сіл (а гэта прыкладна 10-12 гл).

Тэрмаядзерная рэакцыя ўяўляе сабой працэс адукацыі ядраў, якія моцна звязаныя паміж сабой, з больш друзлых. Амаль усе падобныя рэакцыі ставяцца да рэакцыяў зліцця (сінтэзу) больш лёгкіх ядраў у цяжкія.

Кінэтычная энергія, неабходная для пераадолення ўзаемнага адштурхвання, павінна павялічвацца па меры павелічэння зарада ядра. Таму лягчэй за ўсё праходзіць сінтэз лёгкіх ядраў, якія валодаюць малым электрычным зарадам.

У прыродзе тэрмаядзерная рэакцыя можа працякаць толькі ў нетрах зорак. Для яе ажыццяўлення ў зямных умовах неабходна разагрэць рэчыва адным з магчымых спосабаў:

• ядзерным выбухам;
• бамбардзіроўкай інтэнсіўным пучком часціц;
• магутным імпульсам лазернага выпраменьвання або газавым разрадам.

Тэрмаядзерная рэакцыя, якая ідзе ў нетрах зорак, гуляе архіважны ролю ў эвалюцыі Сусвету. Па-першае, з вадароду ў зорках утвараюцца ядра будучых хімічных элементаў, а па-другое, гэта энергетычная крыніца зорак.

Тэрмаядзерныя рэакцыі на Сонца

На Сонца ў якасці асноўнай крыніцы энергіі выступаюць рэакцыі пратон-пратоннага цыклу, калі з чатырох пратонаў нараджаецца адно ядро гелія. Энергія, якая вылучаецца ў працэсе сінтэзу, выносіцца ўтвараюць ядрамі, нейтронах, нейтрына і квантамі электрамагнітнага выпраменьвання. Вывучаючы які ідзе ад Сонца паток нейтрына, навукоўцы могуть ўсталяваць, прыроду і интеснивность ядзерных рэакцый, якія адбываюцца ў яго цэнтры.

Сярэдняя інтэнсіўнасць энерговыделения Сонца па зямным мерках нікчэмная - усяго 2 эрг / с * г (на 1 грам сонечнай масы). Гэтая велічыня значна менш, чым хуткасць электровыделения ў жывым арганізме ў працэсе стандартнага абмену рэчываў. І толькі дзякуючы велізарнай масе Сонца (2 * 1033 г) агульны аб'ём выпраменьванай ім магутнасці складае такую гіганцкую велічыню, як 4 * 1028 Вт.

Дзякуючы велізарным памерах і масе Сонца і астатніх зорак, праблема ўтрымання і тэрмаізаляцыі плазмы вырашаецца ў іх ідэальна: рэакцыі працякаюць у гарачым ядры, а цеплааддача адбываецца з больш халоднай паверхні. Толькі таму зоркі могуць настолькі эфектыўна вырабляць энергію ў гэтак павольных працэсах, як пратон-пратонны цыкл. У зямных умовах такія рэакцыі практычна няздзейсныя.

Тэрмаядзерная энергетыка - аснова будучага

На нашай планеце ёсць сэнс ўжываць і выкарыстоўваць толькі найбольш эфектыўныя з тэрмаядзерных рэакцый - перш за ўсё сінтэз гелія з ядраў лейтерия і трыція. Падобныя рэакцыі ў больш-менш вялікіх маштабах здзяйсняльныя пакуль толькі ў выпрабавальных выбухах вадародных бомбаў. Тым не менш, пастаянна вядуцца ўсё новыя распрацоўкі з мэтай эфектыўнага атрымання мірнай электраэнергіі. Традыцыйная атамная энергетыка выкарыстоўвае рэакцыю распаду, а ў тэрмаядзернай энергетыцы задзейнічаны сінтэз. Пры гэтым тэрмаядзерная рэакцыя мае шэраг бясспрэчных пераваг перад рэакцыяй ядзернага распаду.

1. Пры тэрмаядзерных рэакцыях ёсць магчымасць пазбегнуць выдзялення радыеактыўнага выпраменьвання, паколькі энергетычным прадуктам у дадзеным выпадку з'яўляецца «чыстая» энергія святла.

2. Па колькасці атрыманай энергіі тэрмаядзерныя працэсы нашмат абганяюць традыцыйныя атамныя рэакцыі, якія выкарыстоўваюцца ў сучасных рэактарах.

3. Каб падтрымліваць рэакцыю ядзернага распаду, неабходны пастаянны кантроль патоку нейтронаў, інакш можа рушыць услед непадуладная нам ланцуговая рэакцыя, небяспечная для чалавецтва. Для атрымання тэрмаядзернай энергіі замест патоку нейтронаў выкарыстоўваецца высокая тэмпература, таму падобныя рызыкі знікаюць.

4. Паліва для тэрмаядзерных рэакцый бясшкодна, у адрозненне ад прадуктаў распаду паліва ядзерных рэактараў.

Не так даўно амерыканскія навукоўцы здолелі стварыць працоўную мадэль тэрмаядзернай рэакцыі, у якой энергоотдача у сто разоў перавышае энергазатраты. Гэта з'яўляецца добрай заяўкай на далейшае паспяховае "прыручэнне" тэрмаядзернай энергетыкі.