Ядерные реакции синтеза

Если бы мюон жил на несколько порядков дольше положенного ему времени жизни ( 10 с), то он сыграл бы решаюш,ую роль в катализе ядерного синтеза. Идея (Ф. Франк, 1947) этого катализа состоит в том, что в мезомолекулах, т. е. в молекулах, в которых электроны заменены на мюоны, ядра находятся близко друг к другу и могут вступать в ядерную реакцию синтеза, если она энергетически возможна. [c.342]

Более полное описание основных типов ядерных реакторов будет дано в следующей главе, а пока отметим, что в сегодняшних атомных электростанциях просто заменены обычные печи, сжигающие уголь или нефть, другим источником тепла. Принцип же использования источника тот же — получение пара, приводящего в движение турбогенераторы. В будущих реакторах, в которых будет происходить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую, потребуется, очевидно, гораздо более совершенная технология. Над ней уже кропотливо работают ученые и инженеры, исследующие возможность получения энергии, и в частности из ядерных реакций синтеза в термоядерных реакторах. Уже имеются реальные предложения по созданию ядерных реакторов, в которых ядерная печь , скажем, в 10 или 20 раз горячее, чем в современных реакторах (однако гораздо холоднее тех печей , на которых будут работать в далеком будущем термоядерные реакторы). И поскольку температура плавления твердотопливных стержней (или, вернее, их сборок) ограничивает возможности сегодняшних ядерных реакторов, то был выдвинут ряд предложений о постройке реакторов, работающих на жидком или газообразном ядерном топливе. [c.67]

Ядерные реакции синтеза [c.92]

Ядерные реакции синтеза с участием тяжелых изотопов водорода, приведенные в табл. 6, протекают быстрее (при тех же температурах и плотности), чем синтез с участием двух протонов Кроме того, каждая из этих [c.99]

При помощи-ускорителей частиц, имеющихся сейчас на вооружении ядерной физики, к сожалению, нельзя получить всю необходимую нам энергию для ядерных реакций синтеза. Например, предположим, что в таком ускорителе с помощью пучка дейтронов энергией 1 МэВ бомбардируется мишень из дейтерия, первоначально имеющая комнатную температуру. Средняя кинетическая энергия ядер дейтерия в мишени при комнатной температуре составляет примерно 0,025 эВ (в каждом грамме мишени содержится около З-Ю таких ядер). В лучшем случае только 10% бомбардирующих дейтронов (пучок таких дейтронов может содержать всего около 10 частиц) будет вступать в ядерную реакцию синтеза с участием дейтронов мишени (возможно, лишь после многочисленных столкновений) и отдавать тем самым часть своей кинетической энергии на термоядерную реакцию. А остальные 90% не вступают в реакцию синтеза, хотя они также отдают некоторую часть своей энергии ядрам мишени (в принципе этот процесс близок к замедлению нейтронов в обычных ядерных реакторах). Вся выделившаяся энергия (и термоядерная, и кинетическая), поднимающая температуру мишени всего на несколько градусов, будет быстро уменьшаться в результате последующих столкновений (в которых, кроме дейтронов мишени, участвуют образующиеся нейтроны и гамма-кванты). Таким образом, бомбардировка дейтронами высоких энергий приводит в ускорителе лишь к тому, что эти дейтроны как бы растворяются в огромном количестве дейтронов мишени, обладающих низкой энергией. Оказывается, для того чтобы началась самоподдерживающаяся ядерная реакция синтеза, необходимо поднять температуру мишени до нескольких миллионов градусов. Только тогда беспорядочные столкновения, обусловленные тепловым движением дейтронов мишени, будут приводить к достаточно частым реакциям ядерного синтеза, чтобы выделившаяся энергия смогла превзойти энергию бомбардирующих дейтронов. Однако дам<е самые мощные современные ускорители не могут придать пучку бомбардирующих частиц энергию, способную разогреть мишень до [c.104]

Методика для регистрации альфа-распада была аналогична использовавшейся в Дубне, но ядерная реакция синтеза была другой калифорний-249 (атомный номер 98) плюс азот-15 (атомный номер 7). Обнаружив для изотопа [c.228]

В 1984 г. удалось зарегистрировать 150 циклов ц-катализа, и судя по новым оценкам можно рассчитывать на еще большее число циклов (см. Воробьев А. А. Мюонный катализ ядерных реакций синтеза//Успехи физ. наук. 1986. т. 148. Вып. 4. С. 719—723). [c.193]

В соответствии с общей схемой ИТС, DT-топливо помещается в сферическую капсулу, в которой оно подвергается сжатию до колоссальных плотностей (300-1000) г-см за счет импульса давления, обеспечиваемого внешним источником энергии — драйвером. В момент наибольшего сжатия достигаются необходимые условия по плотности и температуре вещества и происходит зажигание топлива, т.е. начинает идти ядерная реакция синтеза D+T с выделением энергии в виде нейтронов и а-частиц. Нейтроны покидают зону реакции, а а-частицы тормозятся и отдают свою энергию топливу, содействуя развитию самоподдерживающегося процесса горения. Для этого необходимо, чтобы оптическая толщина сжатого топлива pR R — радиус сжатого топлива) превосходила универсальное значение, рЯ 0,5 г-см , определяемое пробегом а-частиц с энергией 3,5 МэВ, темпом лучистых потерь энергии из DT-плазмы и критерием инерциального удержания. В этих условиях заряженные продукты реакции синтеза — а-частицы, передают значительную часть своей энергии плотной плазме и процесс горения происходит при температурах 30-100 кэВ, соответствующих максимальным значениям скорости DT-реакции. Прежде чем реагирующее топливо разлетится под действием сил гидродинамического давления за время 10" с, должно прореагировать 30% массы DT. Таким образом, требование сильного сжатия термоядерного топлива обусловлено необходимостью получения значительного коэффициента выгорания и большого коэффициента термоядерного усиления энергии G (см. гл. 3.) при относительно малой (не более нескольких миллиграмм) массе DT-топлива. Проблема равномерности сжатия топлива в ИТС является ключевой. В настоящее время установлены весьма жесткие требования к симметрии обжатия топливной капсулы — допускается неравномерность в пределах 1% [1]. Такая задача решается двумя способами [c.17]

Б.3.6. Принципиальная схема ПОИ. Принципиальная схема ПОИ показана на рис. Б.2. ПОИ представляет собой два аксиально неоднородных пинча, зеркально отраженных относительно плоскости катода. На оси симметрии в плоскости катода создано плазменное облако, плотность которого резко убывает к анодным областям. Ток, поступающий от генератора на катодный электрод, растекается к анодам, образуя два Z-пинча на вертикальной оси симметрии. Две прианодных зоны создают два встречных потока ускоренных ионов, которые, пройдя сквозь мишень, будут вновь отражаться на нее противоположными анодами, пока не прореагируют ядерной реакцией синтеза или не отдадут свою энергию мишени из-за кулоновских столкновений. Конечно, для этого напряжение на катоде должно существовать достаточно долго, а радиальная компонента скорости должна быть не слишком большой. Если число осцилляций S, то эффективная толщина мишени [c.192]

Энергия относительного движения ядер может быть увеличена путем повышения температуры. Поэтому повышение температуры приводит к быстрому возрастанию вероятности туннельного сближения ядер Ai и Л2. Сущность ядерных реакций слияния в том и состоит, что оголенные атомные ядра за счет своей кинетической энергии при столкновении преодолевают потенциальный барьер и подходят друг к другу на такое близкое расстояние что под действием ядерных сил сцепления они сливаются в единую систему — новое, более сложное ядро. Поскольку необходимая для слияния ядер кинетическая энергия подводится к ним как тепловая энергия, то такие ядерные реакции и называются термоядерными реакциями слияния (синтеза). [c.325]

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]

По современным спектроскопическим данным массовый состав вещества Вселенной таков около 70% водорода, 30% гелия и 1% более тяжелых элементов (углерода, кислорода и т. д.). Отсюда следует, что ядерные реакции в звездах должны быть термоядерными реакциями синтеза более тяжелых элементов из водорода. Из кривой зависимости удельной энергии связи ядра от массового числа (см. рис. 2.5) видно, что выделение ядерной энергии прекратится, когда все ядра водорода превратятся в ядра группы железа. Следовательно, полный запас ядерной энергии звезды составляет [c.603]

Введение в исследовательскую практику последнего времени крупных экспериментальных установок сделало возможным развертывание работ по овладению новым источником энергии — термоядерными реакциями синтеза изотопов водорода (дейтерия, трития) и других легких элементов, эффективно протекающими при сверхвысоких температурах. Составив одну из крупнейших проблем современной ядерной физики, они впервые были искусственно воспроизведены в водородных бомбах как неуправляемые взрывные реакции, протекающие в миллионные доли секунды. Между тем для промышленного использования этого энергетического источника, по существу неисчерпаемого, так как практически неисчерпаемы запасы природных легких элементов (например, в морской воде), необходимо осуществление управляемых термоядерных реакций. На решении задач, связанных с овладением такими реакциями,— нагреве взаимодействующих веществ плазмы по крайней мере до [c.157]

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]

Такой тип ядерной реакции, при котором по крайней мере одно из образующихся ядер имеет массу, большую, чем масса любого из первоначальных ядер, называется реакцией термоядерного синтеза. [c.41]

То, что ядерный синтез представляет собой более мощный источник энергии, чем ядерное деление, объясняет, почему при одинаковом весе зарядов водородная бомба по своему действию гораздо разрушительнее атомной. Правда, процессы ядерного синтеза, происходящие в водородной бомбе и предложенные для использования в будущих термоядерных реакторах, начинаются не с ядер водорода (протонов), а с ядер дейтерия или даже трития. Некоторые из этих реакций синтеза, начинающихся с дейтерия или трития, даны в табл. 6. Две из них уже упоминались среди реакций, происходящих в Солнце, однако последнее, как мы знаем, само производит (синтезирует) свой дейтерий из водорода. Почему же в качестве термоядерного топлива мы предпочитаем использовать редкие изотопы водорода — дейтерий или тритий, а не имеющиеся в изобилии протоны (ядра водорода-1) [c.95]

Давайте подведем итог и просуммируем известные нам факты о ядерном синтезе. 1. Энергия связи в принципе может выделиться в процессе синтеза ядер, если общая сумма масс ядер, вступающих в реакцию, примерно меньше 50 а. е. м. 2. Энергия, излучаемая большинством звезд (включая Солнце), получается в результате таких реакций синтеза, причем преобладающий их тип зависит от плотности, температуры и химического состава конкретной звезды. Чтобы превратиться в гелий, солнечный водород проходит цепочку реакций, начиная ср + р— d- - е+ v. 3. Эта реакция протекает слишком медленно, и поэтому в земных термоядерных реакторах будут использоваться реакции синтеза с участием более тяжелых изотопов водорода — дейтерия и трития. 4. Запасы дейтерия практически безграничны и исключительно дешевы по сравнению как с обычным (ископаемым), так и с ядерным (например, ураном или плутонием) топливами. Кроме того, в отличие от реакции деления реакции синтеза не оставляют после себя [c.112]

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]

Основная проблема, связанная с реакцией ядерного синтеза, состоит в разработке технологии, способной удерживать газ заряженных частиц, плазму при температуре порядка многих миллионов градусов в течение довольно длительного времени для того, чтобы высвободить нужное количество энергии, в то время как плазма находится в изолированном состоянии. Известны два способа, с помощью которых управляют этим процессом метод магнитных полей и метод удерживания атомов тяжелого водорода с помощью мощных лазеров. Первый метод имеет несколько вариаций, из которых наиболее известна токамак [слово тока-мак составлено из первых слогов русских слов тороидальный (то), камера (ка) и магнитный (мак)]. Этот метод представляет собой наиболее легкий путь осуществления ядерного синтеза, в котором участвуют дейтерий и тритий и который протекает в удерживаемой с помощью магнитных полей плазме при температуре более 100 млн. °С. Конечными продуктами реакции синтеза являются ионы гелия (Не ) и нейтроны. Около 80% высвобождаемой в результате синтеза энергии приходится на нейтроны. Высокая кинетическая энергия этих частиц должна быть преобразована в тепло и использована для расширенного. воспроизводства трития путем абсорбции энергии в слое лития. Системы переноса тепла и преобразования в тепло, которые являются следующей ступенью, аналогичны используемым в ядерных реакторах деления. При осуществлении второго метода лазерный луч направляют на скопление атомов дейтерия-трития с разных [c.230]

Реакция синтеза, протекающая в бридерах, где используют тритий, имеет преимущество по сравнению с процессом деления, в котором используют плутоний, состоящее в том, что реактор не требует непрерывного охлаждения после останова, как это имеет место в активной зоне реактора деления. Обе системы находятся примерно на одном уровне по количеству летучих радиоактивных веществ и нелетучих при использовании в реакторах ядерного синтеза сплавов ниобия. Основной проблемой, однако, является то, что ядерный синтез не вышел за пределы научных разработок. Научная разработка реакторов деления была выполнена группой Ферми в 1942 г., а промышленное производство реакторов-бридеров ожидается в конце 80-х годов, возможность же промышленного освоения реакции синтеза относят к 2000 г. или позднее. Данге по оптимистическим оценкам, это произойдет не ранее 1990 г., однако еще слишком рано делать сравнения с реакторами-бридерами быстрого деления. А 10 %-ная экономия общих затрат за счет невысокой стоимости топлива может быть сведена на нет из-за применения более дорогостоящих материалов в установках ядерного синтеза. [c.231]

Первичные ядерные реакции деления и синтеза в заряде образуют разнообразные радиоактивные изотопы и мощные нейтронные пучки. [c.105]

При осуществлении ядерной реакции расщепления атома изотопа урана выделяется огромное количество энергии, из которой около 82% приходится на долю тепловой энергии продуктов реакции, а кахадый килограмм такого атомного топлива дает около 80 Тдж тепла (что эквивалентно сжиганию примерно 2,5 тыс. т каменного угля). Еще больше тепла выделяется при ядерных реакциях синтеза легких элементов [Л. 6]. Поэтому, учитывая большие запасы в природе нашей планеты необходимого для таких реакций сырья, можно считать возможности атомной энергетики практически неисчерпаемыми. Естественно, что как только атомная физика достигла необходимого уровня развития, по всему миру, а в первую очередь в СССР, развернулось строительство атомных теплоэнергетических установок. Первая в мире атомная электростанция [c.233]

Под действием гравитации С., как и любая звезда, стремится сжаться. Этому сжатию противодействует перепад давления, возникающий из-за высокой темн-ры и плотности внутр. слоёв С. В центре С. темп-ра Т 1,6-10 К, плотность 160 г/см . Столь высокая теип-ра в центр, областях С. может поддерживаться длительно только ядерными реакциями синтеза гелия нэ водорода. Эти реакции и являются оси. источником энергии С. [c.589]

С повышением темп-ры электрон-ядерное вещество претерпевает фазовые переходы плавления и кипения или возгонки, после чего начинается процесс ионизации атомов с превращением вещества в частично ионизованную плотную плазму, к-рая испытывает по мере увеличения Т свойственные такому состоянию фазовые превращения. В конечном счёте возникает идеальная, полностью ионизованная плазма, состоящая из голых ядер и электронов. При ещё бёльших Т начинают идти ядерные реакции синтеза, протекающие в термоядерном режиме (кулоновский барьер преодолевается благодаря большой кинетич. энергии реагентов, см. Термоядерные реакции). [c.506]

Физические основы ядерной энергетики и техники. Исследуются физические условия а) протекания контролируемой цепной реакции деления ядер и б) протекания управляемых термоядерных реакций синтеза. Изучаются вопросы нейтроь 1 Ой физики и физики действия реакторов. Сюда же относятся физические основы mhoi o-численных вопросов ядерной техники (обращение с радиоактивными материалами и отходами производства, вопросы дозиметрии и защиты от излучения и др.). [c.9]

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]

Прежде всего среди огромного многообразия экзотермических ядерных реакций очень трудно найти такую, которую можно, хотя бы в принципе, рассматривать как пригодную для ядерной энергетики. Как мы убедимся в этом параграфе, до сих пор удалось найти только три типа таких реакций деление тяжелых ядер нейтронами, реакции синтеза легчайших ядер и экзотермические реакции расщепления легчайших ядер. [c.561]

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]

Экзотермические ядерные реакции типа (11.1), (11.2), в которых из легчайших ядер синтезируются более тяжелые, называются термоядерньши, или, что то же, реакциями термоядерного синтеза. [c.563]

За последние годы работы по регулируемому термоядерному синтезу получили дальнейшее развитие. В исследовательских центрах страны — Институте атомной энергии имени И. В. Курчатова, Новосибирском институте ядерной физики. Сухумском и Харьковском физико-технических институтах и других — ведутся разработка и изучение новых методов овладения термоядерным процессом (высокочастотного, турбулентного, ударного, ионноциклотронного нагрева плазмы и пр.). И если ни в одной термоядерной установке еш,е не удалось осуш ествить одновременное выполнение всех условий, необходимых для протекания реакции синтеза (высокой температуры, высокой плотности частиц и достаточного времени удержания плазмы), то в дальнейшем, несомненно, будут достигнуты новые успехи в решении этой сложнейшей задачи. [c.159]

По мере того как накапливались данные о реакциях синтеза атомных ядер , теория Аткинсона — Хоутерма-на подвергалась некоторым изменениям. Если вспомнить раздел третьей главы об энергии связи, то там говорилось, что энергия может выделяться при синтезе любых двух ядер, сумма масс которых не превышает примерно 50 а. е. м. (см. стр. 43), Однако не все из этих реакций могут протекать в звездах, поскольку их прохождение зависит от определенных температур, плотности и состава звезды. Солнце в основном состоит из водорода, который постепенно превращается в гелий, и по сравнению с этой основной реакцией все остальные процессы ядерного синтеза, происходящие в Солнце, имеют второстепенное значение. Таким образом, реакция синтеза гелия из водорода является определяющей, и мы можем пренебречь остальными. Но оказалось, что данная реакция не может произойти непосредственно если бы такая реакция осуществлялась, то в ее результате должно образовываться ядро гелия-2 [c.93]

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]

Тенлово11 U цепной режимы протекания В. могут осуществляться и при ядерных превращениях — реакциях синтеза и деления ядер (ядерный взрыв). [c.268]

ГОРЯЧЕЙ ВСЕЛЁННОЙ ТЕОРИЯ — современная теория физ. процессов в расширяющейся Вселенной, согласно к-рой в прошлом Вселенная имела значительно большую, чем сейчас, плотность вещества и очень высокую темп-ру. Первоначально Г. В. т. была предложена Г. Гамовым (G. Gamov, 1948) для объяснения распространённости в природе различных хим. элементов и их изотопов, В те годы существовала заниженная оценка времени, прошедшего с начала расширения Вселенной (неск, миллиардов лет). Согласно выдвинутой Гамовым гипотезе, практически все элементы возникли в ядерных реакциях в самом начале расширения Вселенной при большой темп, ре, а последующий синтез элементов в звёздах за неск. миллиардов лет не успел существенно повлиять на распространённость элементов. [c.517]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...