5. Термоядерная реакция синтеза легких ядер

При слиянии ядер выделяется огромная энергия, так как энергия связи более тяжелых ядер больше, чем в легких. Сливающие ядра несут положительные заряды, поэтому испытывают огромные силы кулоновского отталкивания. Энергия такого отталкивания для двух ядер равна:

МэВ.

Такая энергия соответствует температуре К. При сближении ядер до расстояния м начинают действовать ядерные силы притяжения нуклонов.

Для преодоления кулоновских сил отталкивания энергию относительного движения ядер увеличивают путем повышения температур. Поэтому реакции синтеза легких ядер называют термоядерными, потому что протекают при высоких температурах.

При температуре К протекают реакции:

МэВ МэВ

(1) (2)

Термоядерные реакции с другими смесями начинается при более высокой температуре.

6. Принципиальная схема устройства термоядерной бомбы

Впервые испытание водородной бомбы проведено в СССР в 1953 году, через полгода в США. В термоядерной бомбе осуществляются реакции (1) и (2). Температуру К можно получить только при взрыве атомной бомбы. Термоядерная (водородная) бомба состоит из прочной металлической оболочки с термоядерным зарядом и атомным запалом (детонатором). В качестве ядерного горючего используются изотопы водорода дейтерий и тритий, а также литий. Запал, зажигающий термоядерную реакцию, представляет обычную атомную бомбу, изготовленную из делящихся материалов: ураном и плутонием. Запал располагается в центре бомбы и окружается термоядерным горючим.

При взрыве атомной бомбы (детонатора) возникает высокая температура, под действием которой возникает термоядерная реакция в тритиево-дейтериевой смеси и в смеси лития и дейтерия. Если первые атомные бомбы имели 20-ти тысячный тротиловый эквивалент, то эквивалент водородной бомбы – миллионы тонн тротила.

7. Проблемы управления термоядерной реакцией

В целях промышленного использования термоядерной энергии необходимо овладеть управляемыми термоядерными реакциями, интенсивность которых могла бы регулироваться человеком.

Для осуществления управляемых термоядерных реакций необходимо создать и поддержать в некотором объеме температуру К. При столь высоких температурах вещество представляет собой полностью ионизированную плазму. На пути осуществления управляемой термоядерной реакции стоят огромные трудности. Наряду с необходимостью получения высоких температур, возникает проблема удержания плазмы в заданном объеме. Соприкосновение плазмы такой температуры со стенкой вызывает испарение последней. Для удержания плазмы в заданном объеме используется магнитное поле. Силы, действующие на движущиеся заряды в магнитном поле, заставляют их двигаться по траекториям, расположенным в ограниченной части пространства. Для разогрева плазмы используют мощные импульсные электрические разряды, в которых ток достигает величин А. При этом удобно изготовлять тороидальную камеру для удержания плазмы.

Ближе к практическому применению оказалась установка «Токомак», созданная в 1954 году в Советском Союзе. Она имеет следующие характеристики: температура 80 миллионов градусов, плотность плазмы , а время до соприкосновения со стенкой до 0,1с. По расчетам, для зажигания самоподдерживающейся термоядерной реакции, достаточно чтобы плазма с плотностью до , нагретая до температуры 800-1000 миллионов градусов, удерживалась в камере без столкновения со стенкой в течение нескольких секунд.