Струтинський вілен митрофанович

(нар.1929 р.)

Виконав праці з теорії поділу ядер. Розвинув кількісну теорію кутових розподілів фрагментів поділу і продуктів реакцій, розробив метод розрахунку мас і енергій деформації ядер, який дав змогу відокремити оболонкові ефекти в енергії ядра і дослідити їх вплив на властивості ядер.

Теоретично встановив в 1966 р. явище сильно деформованих важких атомних ядер в квазістаціонарному стані, зумовлене деформуванням в ядрах з числом нуклонів 230-250 оболонкової структури при досягненні ядрами деформацій з станом осей порядку 1,8-2,0. Вперше висунув і обґрунтував уявлення про наявність у важких ядер двогорбого бар’єру поділу.

Бродський олександр ілліч

(1895-1969)

В 1934 р. перший в СРСР отримав важку воду. Розробив теорію розділення ізотопів та методи концентрування важкої води, що мало велике значення для виробництва останньої та розділення ізотопів урану.

ЛЕЙПУНСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ІЛЛІЧ

(1903-1972)

Прийшов у 1946-1948 рр. до ідеї реакторів на швидких нейтронах, вказав на фізичні особливості ланцюгової ядерної реакції на швидких нейтронах і на перевагу використання в ролі теплоносіїв у швидких реакторах рідких металів.

ІВАНОВ ВІКТОР ЄВГЕНОВИЧ

(1908-1980)

Під керівництвом Іванова виконані розробки ядерного палива на основі металічного урану, розроблені методи дисперсійного зміцнення урану і підвищення його радіаційної стійкості, створено металічне уранове паливо з великою радіаційною стійкістю до вигорання.

АХІЄЗЕР ОЛЕКСАНДР ІЛЛІЧ

(1911-2000)

Виконав (1943 р.) дослідження над розсіянням повільних нейтронів у кристалах і кінетичними властивостями ділимих середовищ (реакторів). Один з перших висловив ідею про використання в ядерних реакторах так званих „холодних” нейтронів і провів розрахунки критичних розмірів реактора з врахуванням скінченої довжини сповільнення нейтронів.

ТОЛУБИНСЬКИЙ ВСЕВОЛОД ІВАНОВИЧ

(нар.1904 р.)

Дослідив умови виникнення і перебігу кризисних явищ при кипінні недогрітої рідини в умовах вимушеного руху і високого тиску в каналах складного профілю. Результати цих досліджень використовуються при розрахунках і конструюванні атомних реакторів та інших машин і апаратів.

§135. Реакція синтезу атомних ядер. Проблема керованих термоядерних реакцій

Реакція синтезу атомних ядер – термоядерна реакція – це злиття легких ядер в одне ядро, яке супроводжується виділенням великих кількостей енергії.

Ядерний синтез, тобто злиття легких ядер в одне ядро супроводжується, як і поділ важких ядер, виділенням великих кількостей енергії. Оскільки для синтезу ядер необхідні дуже високі температури, цей процес називається термоядерною реакцією.

Для прикладу наведемо деякі реакції синтезу легких ядер та значення теплових ефектів Q:

,,

,,

,,

,.

Виділення великих кількостей енергії пояснюється тим що питома енергія зв’язку ядер різко збільшується при переході від ядер водню ,до літіюі особливо до гелію.

Реакції синтезу атомних ядер мають ту особливість, що в них енергія, яка виділяється на один нуклон, значно більша, ніж в реакціях поділу важких ядер. Справді, якщо під час поділу ядра виділяється енергія приблизно0,84 МеВ на один кулон, то в реакції синтезу приблизно3,5 МеВ, тобто в 4 рази більше.

Оцінимо температуру перебігу термоядерної реакції на прикладі синтезу ядра дейтерію . Для об’єднання ядер дейтерію їх треба наблизити на відстань, що дорівнює радіусу дії ядерних силr=2 м, долаючи при цьому кулонівський бар’єр. На кожне ядро, що стикається, припадає0,35 МеВ. Середній енергії теплового руху, яка дорівнює0,35 МеВ, відповідає температура порядку. Отже, реакція синтезу ядер дейтерію може відбуватися лише при температурі, що перевищує на два порядки температуру центральних областей Сонця.

Однак для перебігу реакції синтезу атомних ядер достатньо температури порядку . Це пов’язано з двома факторами: 1) при температурах, характерних для реакцій синтезу атомних ядер, речовина знаходиться в стані плазми, розподіл частинок якої описується законом Максвелла, тому завжди є деяка кількість ядер, енергія яких набагато перевищує середнє значення; 2) синтез ядер може відбуватися внаслідок тунельного ефекту. Термоядерні реакції є, можливо, одним з джерел енергії Сонця і зірок. В принципі висловлено два припущення про можливі способи перебігу термоядерних реакцій на Сонці:

1) протонно-протонний або водневий цикл, характерний для температур ~:

,

,

.

Енергія, яка виділяється при цьому циклі, дорівнює . На рис. 346 зображений весь ланцюжок протон-протон­ного циклу.

2) вуглецево-азотний або вуглецевий цикл, характерний для більш високих температур

, ,

, ,

, .

В результаті цього циклу 4протони перетворюються в ядро гелію і виділяється енергія, яка дорівнює26,7 МеВ. Ядра ж вуглецю, кількість яких залишається незмінною, беруть участь у реакції в ролі каталізатора.

Схема протікання вуглецево-азот­ного циклу наведена на рис. 347.

З наведених вище рівнянь реакції видно, що синтез протонів супроводжується виникненням нейтрино, кількість яких можна оцінити. Однак проведені вимірювання показали, що кількість нейтрино, що виділяються на Сонці, дуже мала. В зв’язку з цим питання про природу сонячної енергії залишається дискусійним.

Вперше штучна термоядерна реакція була здійснена в СРСР (1953), а потім в США у вигляді вибуху водневої (термоядерної бомби), що є некерованою реакцією. Вибуховою речовиною, в якій проходила реакція , є суміш дейтерію і тритію, а запалом – звичайна атомна бомба, при вибуху якої виникає необхідна для перебігу термоядерної реакції температура.

Теоретичною основою для перебігу штучних керованих термоядерних реакцій є реакції типу , що відбуваються у високотемпературній плазмі. Однак завдання полягає не тільки в створенні умов, потрібних для інтенсивного виділення енергії в термоядерних процесах, а здебільшого в підтриманні цих умов. Для здійснення самопідтримної термоядерної реакції потрібно, щоб швидкість виділення енергії в системі, де відбувається реакція, була не менша за швидкість відведення енергії від системи.

Розрахунки показують, що для забезпечення самопідтримної керованої термоядерної реакції температуру дейтерієвої плазми треба довести до кількох сотень мільйонів градусів. При температурах реакція має повну інтенсивність і супроводжується виділенням великої енергії. Так, при температуріпотужність, яка виділяється в одиниці об’єму плазми при сполученні дейтерієвих ядер, становить, у той час як при температурівона дорівнює лише.

Основною причиною втрат енергії високотемпературною плазмою є її велика теплопровідність, яка швидко зростає при високих температурах. Енергія з плазми може відводитися завдяки дифузії гарячих частинок з області, де відбувається реакція, на стінки апарата, в якому міститься плазма. Якщо плазму не теплоізолювати від контакту з будь-якими нав­колишніми речовинами, то її можна нагрівати лише до кількох сотень тисяч градусів, тому що енергія, яка виділяється внас­лідок реакції синтезу, виходитиме на стінки. Інакше кажучи, треба втримати плазму в заданому об'ємі, не допускаючи її розширення. Ідею ефективної магнітної термоізоляції плазми стосовно проблеми керованого термоядерного синтезу запропонували А.Д. Сахаров і І.Є. Тамм у 1950 р. Якщо пропустити через плазму у формі стовпа вздовж його осі великий електричний струм, то магнітне поле цього струму створює електродинамічні сили, які прагнутимуть стиснути плазмовий стовп. Отже, стовп плазми буде відірваний від стінок і стягнутий у плазмовий шнур. Однак утримувати плазмовий шнур в такому стані не вдається: відбуваються швидкі радіальні коливання - він то розширюється, то знову стискається.

Внаслідок нестабільності, нестій­кості плазми у плазмовому шнурі виникають деформації, які змінюють геометричну форму шнура. Результатом цього є пору­шення термоізоляції, інтенсивна взаємодія плазми із стінками, що приводить до забруднення дейтерію речовиною стінок і швидкого охолодження плазми.

Основним питанням, розв’язання якого дозволить здійснити керовані термоядерні реакції, є з’ясування умов, за яких високотемпературна плазма в магнітному полі належної конфігурації може зберегти стійкість. Розв'язання цього питання поряд з пошуками шляхів підвищення температури плазми є головним напрямом, в якому розвиваються дослідження керованих термоядерних реакцій.

Можливість реалізації термоядерної реакції зводиться до необхідності виконання двох вимог: наявності деякої мінімальної температури і певного обмеження для добутку концентрації n частинок у плазмі на часїх утримання в плазмі. Ці умови називаютьсякритерієм Лоусона.

,–

,–