Шығу тегі, терминнің[היום-מחר
Үшін орын алған ядролық реакция, бастапқы атом ядросының болуы тиіс еңсеру деп аталатын “кулондық барьер” — күші электростатикалық отталкивания олардың арасындағы. Бұл үшін олар болуы тиіс үлкен кинетикалық энергиясы. Сәйкес кинетикалық теориясы, кинетикалық энергия қозғалыстағы оқып үйрену заттар (атомдар, молекулалар немесе иондар) түрінде көруге болады температура, демек, нагревая зат, қол жеткізуге болады ядролық реакциялар. Осы өзара байланысты қыздыру заттар мен ядролық реакция көрсетеді “термині термоядролық реакция”.

Кулондық тосқауыл[היום-מחר
Атом ядросының бар оң электрлік заряд. Үлкен қашықтықтарда олардың зарядтар қалқаланған болуы мүмкін электронами. Алайда, үшін бірікті ядролардың, олар жақындасуға қашықтыққа, онда жұмыс істейді күшті өзара іс-қимыл. Бұл қашықтық шамамен мөлшерін өздері ядролардың көп есе мөлшерінен кем атомдар. Осындай қашықтықтарда электрондық қабығының атомдар (тіпті егер олар сақталған болса), қазірдің өзінде мүмкін емес экранировать зарядтар ядролардың, сондықтан олар бастан күшті электростатикалық отталкивание. Күші осы отталкивания заңына сәйкес, Кулон, кері пропорционал квадрату арасындағы қашықтық зарядтармен. Қашықтықтарда тәртібін мөлшерін ядролардың шамасы күшті өзара іс-қимыл, ол ұмтылады оларды байланыстыруға бастайды тез өсуі және өсіп шамасын кулоновского отталкивания.

Осылайша, үшін кіруге реакциясын, ядро бірлігімізге әлеуетті тосқауыл. Мысалы, реакциялар дейтерий-тритий шамасы осы кедергіні шамамен 0,1 МэВ. Салыстыру үшін, иондану энергиясы сутегі — 13 эВ. Сондықтан зат қатысатын термоядролық реакциялар болып табылады іс жүзінде толығымен ионизированную плазманы.

Температура, эквивалентті 0,1 МэВ шамамен 109, алайда, бар әсерді төмендететін температурасын үшін қажетті термоядролық реакциялар:

Біріншіден, температурасы сипаттайды ғана орташа кинетикалық энергиясы бар-бөлшектер ретінде аз энергиясымен, сондай-ақ басым. Шын мәнінде термоядролық реакцияға қатысатын ядролардың саны аз, бар энергиясын әлдеқайда көп орта (т. ғ. к. “құйрығы максвелловского бөлу”).
Екіншіден, арқасында квантовым әсерлер, ядро міндетті емес болуы тиіс энергия асатын кулондық тосқауыл. Егер олардың энергиясы сәл аз кедергі, олар үлкен ықтималдықпен туннелировать арқылы оған.[дереккөзі көрсетілмеген 963 күн]
Термоядролық реакциялар[өңдеу | қайнарын қарау]
Кейбір маңызды экзотермические термоядролық реакциялар үлкен қималары:[1]

(1) D + T → 4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV)
(2) D + D → T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV) (50 %)
(3) → 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV) (50 %)
(4) D + 3He → 4He (3.6 MeV) + p (14.7 MeV)
(5) T + T → 4He + 2 n + 11.3 MeV
(6) 3не + 3He → 4He + 2 p
(7) 3не + T → 4He + p + n + 12.1 MeV (51 %)
(8) → 4He (4.8 MeV) + D (9.5 MeV) (43 %)
(9) → 4He (0.5 MeV) + n (1.9 MeV) + p (11.9 MeV) (6 %)
(10) D + 6Li → 2 4He[2] + 22.4 MeV –
(11) p + 6Li → 4He (1.7 MeV) + 3He (2.3 MeV)-
(12) 3не + 6Li → 2 4He + p + 16.9 MeV
(13) p + 11B → 3 4He + 8.7 MeV
(14) n + 6Li → 4He + T + 4.8 MeV
Мюонный катализ[היום-מחר
Толық мақаласы: Мюонный катализ
Термоядролық реакция болуы мүмкін айтарлықтай азайтылуы енгізген кезде реакционную плазманы теріс зарядталған мюонов.

Мюоны µ−, кіре отырып, өзара іс-қимыл термоядерным отынмен құрайды мезомолекулы, олардың арасындағы қашықтық ядросы бар атомдардың отын бірнеше аз, бұл жеңілдетеді, олардың жақындасу және, сонымен қатар, ықтималдығын арттырады туннелирования ядролардың арқылы кулондық тосқауыл.

Реакциялар саны синтез Xc, инициируемое бір мюоном, шектелген шама коэффициентінің жабысуын мюона. Эксперименттік алуға қол жеткізді маңызы бар Xc ~100, т. е. бір мюон қабілетті энергиясын босатуға ~ 100 × Х МэВ, мұндағы Х — энергетикалық шығуы катализируемой реакциялар.

Әзірге шамасы босатылатын энергиясы төмен энергетикалық шығындар өндіріске ең мюона (5-10 ГэВ). Осылайша, мюонный катализ әзірге энергетикалық невыгодный процесс. Коммерциялық тиімді энергия өндіру пайдалана отырып, мюонного катализ кезінде мүмкін болады Xc ~ 104.

Қолдану[היום-מחר
Қолдану термоядролық реакция ретінде іс жүзінде неисчерпаемого энергия көзі, бірінші кезекте, болашақта игеру технологиясы басқарылатын термоядролық синтез (ОЖЖ). Қазіргі уақытта, ғылыми және технологиялық база мүмкіндік береді ОЖЖ өнеркәсіптік ауқымда.
Бірінші прототипін сынау сутекті бомбалар. АҚШ, 1 қазан 1952 ж. Ivy Mike
Сонымен қатар, неуправляемая термоядролық реакция өз қолданысын тауып, әскери істе. Алғаш рет термоядерное жарылғыш құрылғы сынақтан өтуі қараша айында 1952 жылы АҚШ-та, ал тамыз айында 1953 жылы Кеңес Одағында бастан термоядерное жарылғыш зат түрінде авиабомбы. Қуаты термоядролық жарылғыш құрылғы (айырмашылығы атомдық) шектелген санымен ғана пайдаланылатын оны жасау үшін материал, ол құруға мүмкіндік береді жарылғыш құрылғылар іс жүзінде кез келген қуаты.
Германияда үлкен табыспен сынақтан өтуде жаңа үлгідегі термоядролық реактордың Wendelstein 7-X. Ол болып табылады әлемдегі ең үлкен термоядерным реактордан осындай типті. 

Қазақстан тарихы мәселелері[היום-מחר
Алғаш рет міндетін управляемому термоядерному синтездеу Кеңес Одағында белгілеп берді ұсынды ол үшін біраз сындарлы шешімі кеңестік физик Олег Лаврентьев[1][2].

Одан басқа маңызды проблемаларын шешуге зор үлес қосты енгізді осындай көрнекті физика, Андрей Сахаров пен Игорь Тамм[1][2], сондай-ақ Лев Арцимович, басқарған кеңестік бағдарламасын управляемому термоядерному синтездеу 1951 жылдан[3].

Тарихи сұрақ басқарылатын термоядролық синтез әлемдік деңгейде пайда болып, XX ғасырдың ортасында.

Белгілі болғандай, Игорь Курчатов, 1956 жылы ұсыныс айтты ынтымақтастық туралы ғалымдардың атомщиков түрлі елдердің шешуде осы ғылыми мәселелері.

Бұл аралау кезінде Британдық ядролық орталық “Харуэлл” (ағыл.)[4].

Физика процесс[היום-מחר

Тәуелділік байланыс энергиясы нуклона санының ядрода нуклонов
Негізгі мақалалар: Ядролық физика, Ядролық синтез
Атом ядросының тұрады екі түрі нуклонов — протондар және нейтрондар. Олардың ұстайды бірге деп аталатын күшті өзара іс-қимыл. Бұл ретте, байланыс энергиясы, әрбір нуклона басқа жалпы санына байланысты болады ядрода нуклонов, кестеде көрсетілгендей. Кестеден көрініп тұр, – деп жеңіл ядролардың санының өсуіне нуклонов байланыс энергиясы өседі, ал ауыр құлайды. Егер қосу нуклоны, жеңіл ядро немесе жоюға нуклоны бірі ауыр атомдар болса, онда бұл айырма байланыс энергиясы бөлінеді арасындағы айырма түрінде шығындармен жүзеге асыруға реакция кинетикалық энергиясымен босаған бөлшектер. Кинетикалық энергия (энергия, қозғалыс) бөлшектер ауысады жылу қозғалысы атомдар кейін бөлшектердің соғылуына атомдарымен. Осылайша ядролық энергия түрінде көрінеді қыздыру.

Құрамын өзгерту ядро деп аталады ядролық превращением немесе ядролық реакция. Ядролық реакция санының өсуіне ядрода нуклонов деп аталады термоядролық реакция немесе ядролық синтезбен. Ядролық реакция санының азаюымен бірге ядрода нуклонов деп атайды ядролық ыдырауымен немесе бөлумен ядро.

Протоны ядросында бар электр заряды, ал бастан кулоновское отталкивание. Ядросында бұл отталкивание өтеледі күшті өзара іс-қимылымен, удерживающим нуклоны. Бірақ күшті өзара іс-қимыл бар радиусы әлдеқайда аз кулоновского отталкивания. Сондықтан бірігу екі ядролардың бір талап етеді, алдымен олардың жақындастыру, преодолевая кулоновское отталкивание. Белгілі бірнеше тәсілдерін. Жер қойнауында жұлдыздар бұл гравитациялық күштер. “Ускорителях — кинетикалық энергиясы разогнанных ядролардың немесе элементар бөлшектер. Термоядролық реактордағы және термоядерном қару — жылулық қозғалысының энергиясы ядролардың атомдар. Қазіргі уақытта гравитациялық күштер бақылауында адамға. Жеделдету бөлшектер соншалықты энергозатратно, бұл ешқандай да мүмкіндік оң энергия балансы. Тек жылу әдісі көрінеді жарамды үшін басқарылатын синтез оң шығатын энергия.

Реакциялардың типтері[өңдеу | қайнарын қарау]
Синтез реакциясы мынада: екі немесе одан көп салыстырмалы түрде жеңіл атом ядросының нәтижесінде жылулық қозғалысының жақындасады соншалық, короткодействующее күшті өзара іс-қимыл, проявляющееся осындай қашықтықта, басып озуда күшімен кулоновского отталкивания арасындағы бірдей заряженными ядролармен нәтижесінде түзілетін ядро басқа, неғұрлым ауыр элементтер. Жүйесі нуклонов жоғалтады, өзінің салмағына тең энергия байланыс, және белгілі формула E=mc2 құру кезінде жаңа ядро освободится едәуір энергия күшті өзара іс-қимыл. Атом ядросының бар шағын электр заряды, оңай келтіруге керекті қашықтық, сондықтан ауыр сутегі изотоптары болып табылады ең жақсы отын түрі үшін басқарылатын синтез реакциясы.

Анықталғандай, қоспа екі изотоптарды дейтерий және трития талап етеді, аз энергия синтез реакциясы салыстырғанда энергиясымен бөлінетін кезінде реакциялары. Алайда, қоспасы дейтерий және трития (D-T) мәні болып табылады көптеген зерттеулер синтез, ол кез-келген жағдайда, болып табылады әлеуетті жанғыш. Басқа да қоспалар болуы мүмкін оңай өндірісінде; олардың реакция мүмкін болады бақылануы тиіс, немесе, одан да маңызды, өндіруге аз нейтрондардың. Ерекше қызығушылық тудырады “деп аталатын безнейтронные” реакциялар, өйткені табысты өнеркәсіптік пайдалану, мұндай жанғыш білдіреді болмауы ұзақ мерзімді радиоактивті ластану материалдар мен конструкциялар, реактордың бұл, өз кезегінде, мүмкін еді оң әсер ететін қоғамдық пікір мен жалпы құны реакторды пайдалану айтарлықтай шығындарды азайтып, пайдаланудан шығаруға және кәдеге жарату. Проблема болып қалып отыр синтез реакциясын пайдалана отырып, баламалы түрлерін жанғыш қиынырақ қолдау, өйткені реакция D-T болып саналады тек қажетті алғашқы қадам.

Басқарылатын термоядролық синтез мүмкін түрлі пайдалануға болады, термоядролық реакциялар түріне байланысты қолданылатын отын.

Реакциясы дейтерий + тритий (Отын D-T)[היום-מחר

Схемасы реакциялар дейтерий-тритий
Реакция осуществимая кезінде ең төмен температура — дейтерий + тритий[5]:

{\displaystyle {}_{1}^{2}{\mbox{H}}+{}_{1}^{3}{\mbox{H}}\rightarrow {}_{2}^{4}{\mbox{He}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}+17,6{\mbox{ MeV}}.} {}_{1}^{2}{\mbox{H}}+{}_{1}^{3}{\mbox{H}}\rightarrow {}_{2}^{4}{\mbox{He}}+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}+17,6{\mbox{ MeV}}.
Екі ядро: дейтерий және трития төгіледі, білімі бар ядро гелий (альфа-бәрі де) және высокоэнергетического нейтронның.

Мұндай реакция береді айтарлықтай шығу энергиясы. Кемшіліктері — жоғары баға трития, шығу қажетсіз нейтрондық радиация.

Реакциясы дейтерий + гелий-3[היום-מחר
Айтарлықтай қиын, шегі болуы мүмкін, жүзеге асыру реакциясын дейтерий + гелий-3

2H + 3He = 4He + p кезінде энергетикалық шығуы 18,4 МэВ[5].
Оны қол жеткізу айтарлықтай күрделі. Гелий-3, сонымен қатар, болып табылады сирек кездесетін және өте қымбат изотопом. Өнеркәсіптік ауқымда қазіргі уақытта жүргізіледі[анықтау]. Алайда алынуы мүмкін бірі трития алатын, өз кезегінде, атом электр станциялары[6]; немесе добыт Айдағы[7][8].