Реакция синтеза атомных ядер

Источником огромной энергии может служить реакция синтеза атомных ядер, образование из легких ядер более тяжелых. Удельная энергия связи резко увеличивается при переходе от ядер тяжелого водорода (дейтерия и трития ) к литию и особенно к гелию , поэтому реакция синтеза легких ядер в более тяжелые должна сопровождаться выделением большого количества энергии. Например:

(Q = 4,0 МэВ),

(Q = 17,6 МэВ),

(Q = 22,4 МэВ),

где Q – энергия выделяющаяся в одном акте реакции.

Сложность в осуществлении таких ядерных реакций заключается в том, что для синтеза ядер их необходимо сблизить до расстояния действия ядерных сил 2·10^-15 м, преодолевая энергию кулоновского отталкивания. Расчет показывает, что для преодоления этой энергии требуется очень высокая температура Т > 10⁷ K, поэтому реакции синтеза легких ядер называются термоядерными. Предполагается, что термоядерные реакции являются источником энергии Солнца.

Термоядерные реакции могут быть неуправляемые и управляемые. Примером неуправляемой термоядерной реакции является взрыв водородной бомбы. Особую проблему представляет осуществление управляемого термоядерного синтеза, поскольку для его обеспечения необходимо создание и поддержание в ограниченном объеме температуры  10⁸ К.

Классификация элементарных частиц по типу взаимодействия между ними

В природе существует четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

1) Сильное или ядерное взаимодействие обусловливает связь протонов и нейтронов в ядре атомов и обеспечивает их исключительную прочность.

2) Электромагнитное взаимодействие – в его основе лежит связь с электромагнитным полем. Оно характерно для всех элементарных частиц, за исключением нейтрино, антинейтрино и фотона. Электромагнитное взаимодействие ответственно за существование атомов и молекул, обусловливая взаимодействие в них положительных ядер с отрицательными электронами.

3) Слабое взаимодействие – наиболее медленное взаимодействие из всех взаимодействий в микромире. Оно ответственно за взаимодействие частиц, происходящее с участием нейтрино и антинейтрино, например,  - распад.

4) Гравитационное взаимодействие присуще всем без исключения частицам, однако, из-за малости их масс оно пренебрежимо мало. Сильное взаимодействие примерно в 100 раз превосходит электромагнитное и в 10¹⁴ раз – слабое.

Элементарные частицы принято делить на три группы:

1) фотоны – это группа состоит лишь из одной частицы - фотона, т.е. кванта электромагнитного излучения.

2) лептоны – участвуют только в электромагнитном и слабом взаимодействиях. К лептонам относятся нейтрино, электрон, мюон и таон.

3) адроны – обладают сильным взаимодействием наряду с электромагнитным и слабым взаимодействиями. К ним относятся протон, нейтрон, пион и каон. Адронам приписывается, так называемый, барионный заряд. В связи с чем адроны делятся на две подгруппы:

а) подгруппа мезонов (пионы, каоны) с В = 0;

б) подгруппа барионов (протоны, нейтроны) с В = +1.

Для всех типов взаимодействий элементарных частиц выполняются законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и электрического заряда.