Термоядерные реакции

Рассмотренные выше ядерные реакции с выделением огромных количеств энергии являются реакциями деления тяжелых ядер. Получение ядерной энергии возможно также за счет реакции синтеза легких ядер, например, синтеза ядра гелия из водорода. Чтобы произошло слияние легких ядер, необходимо сообщить им кинетическую энергию, достаточную для преодоления электрических сил отталкивания. При достаточном сближении начнут действовать ядерные силы притяжения: легкие ядра будут синтезироваться в более тяжелое ядро с выделением энергии, равной энергии связи. Для осуществления подобных реакций синтеза в больших масштабах применяют разогрев реагирующих веществ до очень высоких температур. Такие реакции носят название термоядерных реакций.

Установлено, что синтез ядер водорода и ядра гелия является источником энергии Солнца и звезд, температура в недрах которых достигает 10⁷ ÷ 10⁸К. Этот синтез осуществляется двумя путями. При более низких температурах имеет место протонно-протонный цикл. Вначале происходит синтез двух протонов с образованием ядра гелия, которое сразу же претерпевает радиоактивный β⁺- распад

,

где е⁺ - протон;

ν – нейтрино.

Образовавшееся ядро тяжелого водорода , сталкиваясь с протоном, объединяется с ним в ядро

.

И, наконец, последнее звено цикла образует реакция

При высоких температурах имеет место углеродно-азотный цикл, который состоит из следующих звеньев

,

,

,

,

,

.

Итогом этого цикла является исчезновение четырех протонов и образование одной α – частицы. Количество ядер углерода остается неизменным - эти ядра участвуют в реакции в роли катализатора.

Углеродно-азотный цикл преобладает в звездах с более высокой температурой. Большая часть энергии Солнца выделяется в результате протонно-протонного цикла.

В искусственных условиях термоядерные реакции осуществляются в водородных бомбах, в которых вначале взрывается урановая или плутониевая бомба. Это приводит к значительному повышению температуры и давления, т.е. создаются условия для протекания термоядерной реакции. Легче всего она протекает между изотопами водорода – дейтерием и тритием .

В настоящее время интенсивно изучается возможность осуществления термоядерных реакций в лабораторных условиях и управления ими. Решение этой проблемы откроет новый, практически неисчерпаемый источник энергии для человеческого общества.