Реакции синтеза легких ядер

Большая часть наших знаний о плазме получена из исследований газового разряда. В настоящее время интерес к изучению плазмы резко возрос в связи с проблемой энергетического использования термоядерных реакций синтеза легких ядер, а также в связи с использованием плазмы в качестве пара (рабочего вещества) в МГД-генераторах. При большой температуре газа, когда он находится в. состоянии плазмы и частицы движутся с большими скоростями, становятся возможными преодоление кулоновского потенциального барьера при столкновениях атомных ядер и их синтез. Практически особо важное значение представляет возбуждение термоядерных реакций в дейтерии, так как в этом случае такие реакции должны идти при относительно меньших температурах (Г 10 К). Горение ядер дейтерия в результате их синтеза в а-частицы приводит к выделению большой энергии. [c.215]

Термоядерные ПЭ. Работы, ведущиеся в ряде стран с целью получить управляемую реакцию синтеза легких ядер — изотопов водорода, свидетельствуют, что эта задача может быть в ближайшие годы решена. Поэтому уже сейчас ведется подготовка к приему и переработке этой энергии в электрическую и механическую. [c.149]

РЕАКЦИИ СИНТЕЗА ЛЕГКИХ ЯДЕР [c.151]

Физические основы термоядерной энергетики достаточно просты и хорошо изучены. Известно, что для превращения внутриядерной энергии в тепловую в широких масштабах, кроме реакций деления тяжелых ядер, принципиально возможно использование реакций синтеза легких ядер. Известно также, что число реакций, а следовательно, и количество выделяемой энергии в единице объема вещества в единицу времени пропорционально эффективному сечению (количественной характеристике вероятности) реакции, концентрациям и относительной скорости взаимодействующих ядер. С учетом этого соотношения можно выбрать наиболее перспективные реакции и сформулировать физические условия возможности создания термоядерного реактора. [c.151]

I. Типы реакций ядерного синтеза. Т. р.— основной, по не единственный тип реакций синтеза легких ядер. [c.176]

Процессы, при которых выделяется ядерная энергия, подразделяют на радиоактивные превращения, реакции деления тяжелых ядер, реакции синтеза легких ядер. [c.21]

Ядерная энергия может освобождаться и при синтезе легких ядер (термоядерная реакция). На этом принципе построена водородная бомба. В энергетике принцип синтеза не применяется, так как пока не разработан метод регулирования термоядерной реакции. По этому вопросу ведутся научно-исследовательские работы и в СССР построены лабораторные установки. [c.464]

Ядерная энергия может освобождаться и при синтезе легких ядер (термоядерная реакция). На этом принципе построена водородная бомба. [c.587]

Г. Термоядерными реакциями называются экзотермические ядерные реакции (VI.4.8.3 ) синтеза легких ядер в более тяжелые. Термоядерные реакции эффективно происходят при сверхвысоких температурах порядка 10 —10 К. При термоядерных реакциях выделяется весьма большая энергия, превышающая энергию, которая выделяется при делении тяжелых ядер (VI.4.11.2 ). Например, при реакции слияния ядер дейтерия и трития 1Т (VI.4.1.2 ) в ядро гелия Ще [c.498]

Ядерные превращения используются для освобождения ядерной энергии путем деления тяжелых ядер (например, урана и- =) или путем синтеза (соединения) легких ядер (например, ядер водорода). Синтез легких ядер может быть осуществлен при очень высоких температурах (порядка миллионов градусов) такие реакции называют термоядерными. [c.186]

Легко видеть, что необходимым условием для возможности цепной реакции синтеза является очень высокая температура. Действительно, при рассмотрении ядерных реакций, идущих под действием заряженных частиц, было показано, что в этих процессах существенную роль играет кулоновский барьер, который препятствует ядерному взаимодействию даже при Q > О, если кинетическая энергия бомбардирующей частицы недостаточно велика. У легких ядер кулоновский барьер невысок, но все же для эффективного протекания реакций даже со столь легкими ядрами как в реакциях (65.1) и (65.2) нужны дейтоны с энергией примерно 0,1 Мэе. [c.479]

Если — как сообщало Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) — разведанные мировые ресурсы каменного угля, торфа, нефти и природного газа составляют в пересчете на условное топливо около 3500 млрд, т, то ресурсы урана и тория, определяемые равными 15 млн. т, по запасам возможного для использования тепла эквивалентны 35 000 млрд, т угля, т. е. примерно в десять раз превышают запасы всего ископаемого органического топлива Дальнейшее неограниченное увеличение ресурсов ядерного горючего открывает овладение управляемыми термоядерными реакциями (реакциями синтеза ядер легких элементов), так как практически неистощим, например, запас такого легкого элемента, как дейтерий, в воде Мирового океана. Колоссальные энергетические ресурсы, скрытые в ядрах атомов, открывают неограниченные перспективы развития атомной энергетики. [c.173]

Ядерный синтез. Реакция синтеза заключается в слиянии легких ядер и образовании тяжелых ядер при чрезвычайно высоких температурах. Многие склонны считать ядерный синтез панацеей от всех проблем, связанных с энергоснабжением, после того как будет разработана соответствующая технология. Потенциальные преимущества здесь действительно кажутся значительными. Исходное топливо — дейтерий встречается практически в неограниченных количествах и доступен при незначительных затратах. Продуктом ядерной реакции является гелий — нетоксичное и нерадиоактивное вещество. Отсутствует опасность выхода из-под контроля цепной реакции. Уровень радиоактивности относительно низок. Некоторые специалисты считают, что отсутствует возможность похищения материалов для производства ядерного оружия, хотя другие отмечают, что тритий, тяжелый изотоп водорода, масса которого в три раза превышает массу обычного водорода, ведет себя в процессе подобно дейтерию (масса которого вдвое превышает массу обычного водорода), тритий же используется в водородных бомбах. [c.230]

Термоядерные реакции. Для возникновения реакции синтеза необходимо сближение ядер легких элементов на расстояние порядка 10 см. Чтобы это сближение произошло, положительно заряженные ядра должны обладать энергией, достаточной для преодоления сил электростатического отталкивания. Это можно обеспечить только при весьма высокой температуре (в десятки и даже сотни миллионов градусов), характеризующей кинетическую энергию частиц. При таких температурах вещество находится в состоянии плазмы. Условие возникновения термоядерной реакции определяется критерием Лоусона [c.257]

При достаточно высоких температурах столкновения ядер в плазме (см. книгу 1, п. 6.3.6) приводят к протеканию термоядерных реакций — реакций синтеза ядер легких изотопов. [c.535]

Лазерный термояд. Этим термином обозначается идея осуществления управляемого термо-. ядерного синтеза с помощью лазерного излучения. Для этого необходимо добиться сближения легких ядер (дейтерия, трития) на столь малое расстояние, Чтобы между ними произошла ядер-ная реакция слияния. Но для сближения необходимо преодолеть кулоновскую силу отталкивания положительно заряженных ядер. Для этого им необходимо сообщить достаточно большую кинетическую энергию (нагреть вещество). [c.29]

Незначительный к. п. д. реакций расщепления в лабораторных условиях не позволит использовать энергию, освобождающуюся при синтезе из легких ядер. [c.152]

Теория и эксперимент показывают, что заслуживает внимания синтез лишь самых легких ядер водорода, дейтерия, трития и т. д. Поскольку все они обладают положительным зарядом, необходимо прежде всего сообщить им очень большую энергию, т. е. получить температуры порядка... миллионов градусов. При недостаточно высокой температуре реакция синтеза протекает очень вяло, а выделяющаяся энергия ничтожна. По этой причине реакцию соеди- [c.75]

Зависимость средней энергии связи от массового числа в(А) (рис. 7) показывает, что энергия связи нуклона в наиболее легких ядрах, так же как и в наиболее тяжелых, меньше, чем в ядрах с промежуточными массовыми числами. Другими словами, сумма масс легких ядер, рассматриваемых самостоятельно, больше массы среднего ядра, образованного при их слиянии. Следовательно, соединение нескольких легких ядер в одно более тяжелое ядро должно также приводить к освобождению энергии, причем, как показывает крутизна подъема кривой, в таких реакциях синтеза должно выделиться существенно больше энергии на один нуклон, чем в реакции деления. Бели при делении выделяется энергия порядка 1 Мэв на нуклон, то реакция синтеза, например реакция между дейтоном и тритием [c.222]

Реакция деления тяжелых ядер не единственный путь высвобождения атомной энергии. Ученые нашли и другой путь — реакция слияния (синтеза) ядер легких элементов, Известно, что устойчивость ядра определяется равновесием ядерных и электростатических сил. Ядерные силы стягивают протоны и нейтроны в единое целое, как силы поверхностного натяжения стягивают молекулы воды в каплю. Эти силы уравновешивают силы отталкивания одноименно заряженных частиц — протонов. Ранее шла [c.22]

В ракетных двигателях возможно использование трех видов энергии химической, ядерной и солнечной. Химическую энергию выделяют вещества в процессе реакции окисления (сгорания) или разложения. Ядерную энергию можно получить путем деления ядер тяжелых или путем синтеза легких элементов. [c.115]

Сравнение энергий связи для легких и тяжелых ядер показывает энергетическую выгодность слияния (синтеза) первых и разделения на части (реакция деления) вторых. [c.99]

Задача безопасного отвода радиоактивных продуктов работы реакторо В скоро станет чрезвычайно сложной. Поэтому начиная с 1950 г. внимание ученых было обращено на реакции синтеза легких ядер в ядра более тяжелые, т. е. стали исследоваться термоядерные реакции. С большой поспешностью повсюду стремятся решить проблему управляемых термоядерных реакций. [c.324]

Для взрывов, проведенных по программе Плаушер , наиболее подходят термоядерные устройства, так как большая часть энергии, выделяемой при их взрыве, создается в результате реакций синтеза легких ядер fH, Н) и незначительная часть — за счет реакций деления тяжелых ядер Фи). Количество радиоактивных осколков после взрыва, образовавшихся при реакции деления, тем меньше, чем меньше доля этой реакции. Реакции синтеза, сопровождающиеся возникновением сильных нейтронных потоков, создают только вторичную наведенную радиоактивность в породе, окружающей заряд. Однако этот процесс флегматизируется специальными оболочками ядерных зарядов, поглощающими нейтроны. Ядерные устройства, применяемые по программе Плаушер , в энергетическом балансе взрыва имеют соотношение этих энергий 95 5. В 1965 г. появились заряды с соотношением энергий 99 1 [20]. Проведено несколько экспериментальных ядерных взрывов, основная задача которых — испытание новых устройств и методов их размещения в рабочем положении, обеспечивающих минимальный выброс в атмосферу радиоактивных продуктов при взрыве наружного действия. [c.8]

Недостатком всех реакторов является обилие радиоактивных отходов. В некоторых лабораториях отходы обмазывают специальной глиной и зарывают в землю, где нет грунтовых вод. Иногда погружают в контейнерах на дно океана. Было даже высказано предложение выпускать их за пределы атмосферы. Но так или иначе в перспективе использование ядерной энергии неминуемо должно привесги к загрязнению радиоактивными отходами недр Земли и атмосферы. Кроме того, залежей урана, имеющегося на Земле (ориентировочно), хватит лишь на несколько сотен лет. Это является одной из причин, направляющих усилия физиков на поиски способов получения энергии за счет реакции синтеза легких ядер, принципиально иного способа извлечения ядерной энергии. [c.222]

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВ. Я. в. может возникнуть в результата цепной реакции деления тяжелых ядер и тормоядерн(нт реакции синтеза легких ядер. См. Те >люя<)ерные реакции, Ядерные ценные реакции, Идра атомиого деление. [c.562]

На привлекательность использования реакций синтеза легких ядер для целей экологически чистой, безопасной и экономически выгодной энергетики будущего было обращено внимание около 50 лет назад. Аргументы в пользу управляемого термоядерного синтеза (УТС) хорошо известны специалистам от наивысшей, среди известных человечеству, калорийности дейтериевого топлива, равно как и эквимолярной ОТ-смеси ( 3,4 10 " Дж/кг) и практической неисчерпаемости запасов дейтерия в природе, до весьма скромных уровней радиоактивных отходов, по сравнению с энергетическими циклами на основе реакций деления актинидов. [c.12]

В этот период в СССР, США, Англии проводятся крупные исследования в области управляемых термоядерных реакций синтеза легких атомных ядер. В частности, советскими физиками под руководством Л. А. Арцимовича и М. А. Леонтовича проводились работы по созданию контролируемой термоядерной реакции синтеза в мощном газовом разряде. При этом встретился ряд серьезных трудностей, и проблема остается пока нерешенной. [c.14]

В 2, П. 5 было показано, что кроме процесса деления тяжелых ядер может существовать еще один способ освобождения ядерной энергии — синтез легких ядер. Природа энергии Солнца и звезд подтверждает и практическую осуществимость реакций синтеза. Как известно, солнечная энергия освобождается в результате двух кольцевых процессов, называемых протоннопротонным и углеродно-азотным циклами, которые сводятся к последовательному преобразованию протонов в ядра гелия с выделением большого количества энергии. Продолжительность углеродно-азотного цикла составляет несколько десятков миллионов лет, а протонно-протонного — даже около 15 млрд. лет. Тем не менее из-за колоссального количества участвующих в циклах ядер Солнце непрерывно излучает огромную энергию. [c.478]

Реакция синтеза легких элементов дает наибольший дефекг массы, т. е. наибольшую теплотворность, поэтому является самой выгодной. Для синтеза элементов необходимо преодолеть электростатические силы взаимного отталкивания одинаково заряженных ядер, что можно осуществить, используя нагрев на несколько миллионов градусов, поэтому реакцию синтеза обычно называют термоядерной. В настоящее время термоядерная реакция не управляема, т. е. синтез происходит мгновенно в виде взрыва, и, следовательно, такая реакция не может быть использована для промышлеи ных целей. [c.417]

Для общей ориентировки в вопросе о том, какие ядерные реакции являются экзотермическими, можно воспользоваться кривой удельной энергии связи (см. рис. 2.5). Из этой кривой видно, что в среднем удельная энергия связи с ростом массового числа А сначала растет, а затем при А 50—60 достигает максимума (называемого железным , так как значению А = 56 соответствуют ядра изотопов железа), после чего снова убывает. Ядерная реакция экзотермична, когда конечные ядра связаны сильнее начальных. Поэтому можно утверждать, что, как правило, экзотермическими для легких (например, А л 10) ядер будут реакции синтеза более крупных ядер, а для тяжелых — реакции расщепления ядра на достаточно крупные осколки. Наиболее сильно кривая удельной энергии связи наклонена на краях. Поэтому наиболее выгодными энергетически будут реакции синтеза для самых легких ядер, а реакции расщепления — для са мых тяжелых. Кроме того, из-за резкого пика в энергии связи а-частицы сильно экзотермическими являются некоторые реакции наилегчайших ядер с образованием а-частиц в конечном состоянии. [c.561]

Большинство известных хим. элементов возникло через миллиарды лет после начала расширения Вселенной — в эпоху существования звёзд, галактик и кос-мич. лучей. Происхождение дейтерия, лития, бериллия, бора в общей проблеме Н. представляет самостоят. интерес, т. к. эти элементы легко разрушаются в термоядерных реакциях (их равновесные концентрации малы), и поэтому их эфф, цроизводство возможно лишь в неравновесных процессах. Такие неравновесные процессы предполагаются в рамках нек-рых моделей космология. Н., напр. образование дейтерия в реакции Ше с антипротонами р -Ь Не В 4 к. Однако наиб, распространённым является представление о динамичном образовании лёгких элементов с помощью реакций скалывания при взаимодействии галактич. космических лучей с мелсзвёздной средой быстрые протоны и альфа-частицы в составе космич. лучей бомбардируют ядра тяжёлых элементов межзвёздной среды и Солнечной системы, вызывая их расщепление на лёгкие ядра быстрые ядра углерода, азота, кислорода в составе космич. лучей, взаимодействуя с межзвёздными ядрами водорода и гелия, также могут расщепиться на ядра лёгких элементов. Расчёты показывают, что эти ядер-ные реакции могут ироизводить наблюдаемые обилия Ы, Ве, В. Трудности возникают лишь при объяснении необычного изотопного состава В и В (резко выраженное преобладание нечётных изотопов), а также при объяснении производства В и Не, к-рые в указанных выше механизмах разрушаются явно быстрее, чем создаются. Эффективным дополнит, источником синтеза лёгких элементов, кроме космич. лучей, могут служить взрывы сверхновых звёзд. Распространение ударной волны во внеш. оболочках сверхновой и последующее охлаждение могут привести к реакциям синтеза п- -р В4-у1Р+Ь—> Не 4- Т> реакции скалывания на ядрах углерода, азота и кислорода, инициированные ударной волной, производят ядра Ь1, Ве, В. [c.364]

ЧТО трансурановые элементы обнаруживают большее сходство с актинием, чем со своими гомологами по периодической системе. По этой причине нет оснований обкидать значительного различия в химических li металлургических свойствах америция, кюрия и других тяжелых элементов с атомным номером до 100, которые могут быть получены в будущем. Экспериментальные данные показывают, что элементы с атомным номером ниже 88 не могут создавать цепную реакцию. Только ограниченное Ч11СЛ0 тяжелых изотопов, изготовленных человеком, имеют достаточно большой полу-период распада, чтобы быть пригодными в качестве ядерного горючего. Большинство из них обладает ос-активностью. Эффективные сечения делений для всех таких изотопов не были опубликованы. Необходимо отметить, что должны быть найдены другие долгоживущие изотопы, примыкающие к основным стабильным изотопам. Можно ожидать, что один или несколько из этих изотопов могут служить в качестве ядерного горючего. С другой стороны, из кривой энергии связи ядер (см. фиг. 2 в первом томе) видно, что в случае легких ядер на одну частицу приходятся большие количества энергии. Так, например, при синтезе Не из протонов и нейтронов получается в семь раз больше энергии на частицу, чем при распаде. [c.325]

ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ — реакции слияния (синтеза) легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при очень высоких темн-рах ( -10 ° и выше). Поскольку ядра с наибольшей энергией связи (см, также Упаковочный множитель) на 1 нуклон находятся в средней части периодич. системы Менделеева, Т. р. являются, как правило, процессами образования более плотно упакованных ядер из более рыхлых и потому сопровождаются выделением энергии (точнее, выделением в продуктах реакции избыточной кинетич. эне])гии, равной увеличению полной энергии связи). Т. о., сам механизм экзоэнергетич. сдвига к средней части периодич. системы (слияние) здесь противоположен тому, к-рый имеет место при делении ядер. Большое эперговыделение в ряде Т. р. обусловливает их важность для астрофизики, ядерной и прикладной физики дополнительный интересный аспект Т. р. —их важная роль в дозвездных и звездных процессах синтеза ядер химич. элементов. [c.176]

Бассард [30] характеризует состояние этой проблемы следующим образом Реакции синтеза, идущие в газообразном дейтерии, приводят к образованию различных легких частиц (Т, Не , Не ), обладающих энергиями в несколько Мэв каждая. Если бы было возможно эти продукты реакции синтеза выбрасывать из сопла ракетного двигателя, то эффективная удельная тяга такого тошшва равнялась бы около 3 10 сек., т. е. была бы примерно в 10 000 раз больше, чем предельная удельная тяга, которую удается получить в настоящее время от химических топлив. Наиболее вероятно, что практически невозможно решить задачу о выбросе этих продуктов реакции синтеза в определенном направлении. Однако большие массы газа, в котором не протекает реакция синтеза, можно нагреть до очень высокой температуры продуктами этой реакции. В этом случае можно получить очень высокую удельную тягу, даже если будет сжигаться небольшая доля ядерного горючего. Так, например, если происходит всего одна реакция синтеза на ЮООО ядер дейтерия, объемная температура газовой смеси достигает примерно 1,4-10 К (без учета потерь разного рода). При этом удельная тяга будет равна приблизительно 6000 сек. (в случае истечения га за через сопло соответствующей конфигурации)... [c.67]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...