ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ Нуклон-нуклонные взаимодействия и ядерные силы из "Введение в ядерную физику " Близкие условия можно создать и на Земле в водородной бомбе, которая позволяет осуществить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию неуправляемого (взрывного) характера. Возможная конструкция водородной бомбы схематически изображена на рис. 201. Здесь А — атомная бомба, за счет взрыва которой создается температура примерно 10 ° Т — комбинированное термоядерное горючее В — взрывчатое вещество (обыч нее) для приведения в действие атомной бомбы О — оболочка для предотвращения преждевременного разбрасывания ядерно-го горючего. [c.481] Гораздо труднее получить управляемый цепной процесс синтеза. Трудности связаны с тем, что для получения в управляемом процессе синтеза достаточно большого энергетического выигрыша (например, 100 вт1см ) надо нагреть до очень высокой температуры ( 10 °) концентрированную i ( 10 ча-стиц1см ) плазму и затем поддерживать ее в таком состоянии в течение длительного времени внутри заданного объема термоядерного реактора. Необходимая длительность существования высокотемпературной плотной плазмы определяется вероятностью взаимодействия дейтонов при данной температуре и плотности. [c.481] В лабораторных условиях процесс синтеза должен протекать в установках ограниченного объема. Поэтому потери энер ГИИ (на излучение, на испускание быстрых нейтронов и т. д.) будут относительно выше, чем на Солнце. В связи с этим в лабораторных условиях плазму надо нагревать до более высокой температуры, которая даже с учетом описанного выше явления (см. текст к рис. 200) должна быть около 2 10 °. [c.481] Очень трудно решить задачу удержания плотной высокотемпературной плазмы в заданном объеме. [c.481] Для удержания плазмы может быть использовано также электрическое поле. [c.482] Аналогичные трудности возникают и во многих других исследованиях, посвященных освобождению термоядерной энергии в управляемом процессе. Пока еще трудно сказать, когда будет решена эта задача. Сложных нерешенных проблем еще очень много. Мы не имеем возможности даже касаться их в настоящей книге (тем более, что физика плазмы и не является разделом ядерной физики) и отсылаем интересущихся к специальной и научно-популярной литературе . Отметим только, что в 1963 г. опубликованы очень обнадеживающие результаты, полученные в СССР в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова. Группе физиков, работающих под общим руководством Л. А. Арцимовича, удалось получить плазму с температурой 40- 10 ° и плотностью 10 частиц/см и сохранить ее в течение сотых долей секунды (до 0,06 сек) в объеме, равном нескольким десяткам литров. Этот успех был достигнут благодаря использованию магнитной ловушки с комбинированными магнитными полями, напряженность которых растет во все стороны от местонахождения плазменного шнура. [c.483] Разумеется, сделать еще надо очень много, так как ни в одном из выполненных экспериментов пока не удалось получить плазму, удовлетворяющую одновременно всем необходимым условиям (очень высокая температура, большая плотность, длительное устойчивое существование). [c.483] XII очень кратко рассмотрены вопрос о возможности самоподдерживающегося процесса слияния (синтеза) легких ядер и проблема управляемого синтеза. [c.484] Известно, что у легких ядер средняя энергия связи, рассчитанная на один нуклон, растет с ростом массого числа. Поэтому процесс слияния легких ядер энергетически выгоден и должен сопровождаться выделением энергии. Условием для процесса синтеза является достаточно большая кинетическая энергия взаимодействующих ядер, необходимая для успешного преодоления кулоновского барьера. Эта энергия может быть получена как анергия теплового движения при очень сильном нагревании. [c.484] Так как процесс синтеза сопровождается большим энерговыделением, то при достаточно большой концентрации взаимодействующих ядер в принципе становится возможной цепная термоядерная реакция, при которой тепловое движение реагирующих ядер поддерживается за счет энергии реакции, а реакция за счет теплового движения. [c.484] Величина необходимой температуры зависит от размеров реагирующей системы и концентрации ядер. Так, например, на Солнце цепная термоядерная реакция идет при температуре 2- 10 ° К. Примерно при такой же температуре может быть получена в земных условиях цепная термоядерная реакция взрывного характера (водородная бомба). [c.484] Для получения управляемой термоядерной реакции нужна значительно более высокая температура (около 2- 10 ° К). При столь высоких температурах вещество находится в состоянии горячей, полностью ионизованной плазмы, состоящей исключительно из заряженных частиц. Проблема осуществления управляемой термоядерной реакции очень трудна из-за необходимости получения плотной, горячей и долгоживущей плазмы, подвешенной внутри вакуумизированного реактора ограниченного объема без контакта с его стенками. [c.484] Одной из центральных задач ядерной физики фляется выяснение природы ядерных сил. Ядерные силы невозможно отнести ни к одному из других известных видов сил. Они ре могут быть силами электромагнитного происхождения элект )ическими потому, что проявляются не только между заряженными, но и между нейтральными частицами (например, между нейтроном и протоном в дейтоне) магнитными потому, что чисто магнитное взаимодействие между магнитными моментами нуклонов слишком мало. Силы, ответственные за р-распад и гравитационные силы, также не могут быть причиной ядерного взаимодействия, так как и те и другие чрезвычайно слабы. Кроме того, силы тяготения являются дальнодействующими. [c.485] Таким образом, ядерное взаимодействие вызывается силами, отличными от всех других известных сил, — ядерНыми силами. [c.485] Для объяснения этих и некоторых других свойств ядерного взаимодействия (о которых речь пойдет несколько позже) нужна теория ядерных сил. Однако из-за очень сложного характера ядерного взаимодействия такой теории в законченном виде пока не существует. В настоящее время можно говорить только о методах подхода к решению этой задачи. [c.486] Изучение атомного ядра — гораздо более сложная задача, чем изучение атома. Кроме трудностей принципиального характера, связанных с незнанием закона ядерного взаимодействия, имеются также методические трудности расчета квантовомеханических систем из сильно взаимодействующих частиц. Взаимодействие нуклонов в сложном ядре может быть не равно простой сумме взаимодействий между несколькими парами нуклонов. Оставляя в стороне эту трудность, которая преодолевается в различных случаях с помощью разных моделей ядра, рассмотрим ядерное взаимодействие между двумя нуклонами. [c.487] Развитие представлений о ядерном взаимодействии между двумя нуклонами происходит одновременно в двух направлениях в различных опытах выясняются все новые и новые свойства ядерных сил подбирается подходящий потенциал взаимодействия, удовлетворяющий этим свойствам. [c.487] Простейшей формой ядерного взаимодействия является рассеяние нуклона на нуклоне, а простейшей связанной системой, простейшим ядром, является дейтон, состоящий из двух нуклонов. Поэтому построение теории ядерных сил начинается с исследования особенностей рассеяния нуклонов и свойств дейтона и попытки описать их с помощью подходящего потенциала. Выбор потенциала определяется следующими условиями. Сначала делаются наиболее общие предположения, которым заведомо (во всяком случае в первом приближении) удовлетворяет ядерное взаимодействие. Затем на потенциал накладываются дополнительные ограничения, которые приводят его в соответствие с известными свойствами ядерных сил, такими, как ко-роткодействие, насыщение, спиновая зависимость и пр. [c.487] Будем считать, что потенциал ядерного взаимодействия есть потенциал притяжения, который в первом приближении не зависит ни от спина, ни от скорости частиц, а является функцией только расстояния между ними, т. е. обладает сферической симметрией. Оказывается, даже таких общих предположений о виде потенциала достаточно, чтобы получить очень важные сведения о характере ядерного взаимодействия, а именно о его интенсивности и радиусе действия. Эти сведения могут быть получены в результате квантовомеханического анализа экспериментальных данных, касающихся уклон-нуклонного рассеяния и свойств дейтона. [c.487] Вернуться к основной статье