Термоядролық реакциялар

Термоядролық реакция, термоядролық синтез — өте жоғары температурада жүзеге асатын ядролар бірігуі реакциясы. Жеңіл элементтерді (сутек, гелий, литий, т.б.) жүздеген миллион градусқа дейін қыздырғанда, олардың бейтарап атомдарының тұтастығы жоғалып, ядролар мен электрондарға ыдырайды. Нәтижесінде оң зарядты ядролардан, теріс зарядты электрондардан тұратын ерекше орта, жоғары температуралы плазма, пайда болады. Мұндай плазмада ядролар кулондық тебіліс бөгетінен (барьерінен) өте алатын кинетикалық энергияға ие болады:

Ядролық физика

Aтoм ядросы · Ядролық реакция · Табиғи радиоактивтік Aтoм ядросы Ядроның нуклондық моделі Ядродағы нуклондардың байланыс энергиясы Табиғи радиоактивтік Радиоактивті ыдырау заңы Ядролық реакциялар Тізбекті ядролық реакциялар Ядролық реактор Термоядролық реакциялар Радиациядан қорғану Белгiлi ғалымдар Беккерель · Бете · Бор · Гейзенберг · Кюри М. · Кюри П. · Резерфорд · Содди · Уилер · Ферми

көру • талқылау • өңдеу

Тағы қараңыз «Физика порталы»

Дейтерий-тритий реакциясының схемасы

${\displaystyle ~E_{k}={\tfrac {3}{2}}kT={\tfrac {1}{2}}mv^{2}}$,

мұндағы ${\displaystyle k}$ — Больцман тұрақтысы; ${\displaystyle T}$ — плазма температурасы; ${\displaystyle m}$ және ${\displaystyle v}$ — бөлшектің массасы мен жылдамдығы. Температурасы жүздеген миллион градус болатын ыстық плазмадағы ядролар аса үлкен жылдамдықпен бір-біріне жақындап, ядролық күштердің әрекет аймағына енеді. Сол сәтте-ақ тегеурінді ядролық күш оларды біріктіріп, жаңа ядроны түзеді. Бұл кезде пайда болған ${\displaystyle m}$ масса ақауы есебінен аса мол энергия босап шығады.

Іске асырылуы

Жер бетінде алғаш рет термоядролық реакциялар 1950 жылдардың басында Қазақстанда (Семей полигоны) сутек бомбасын жару арқылы жүзеге асырылды. Қажетті жоғары температура атом бомбасын алдын ала жару үстінде алынды. Термоядролық бомбаның ішіне жоғары температура алу үшін атом бомбасының заряды және жеткілікті мөлшерде сутек изотоптары (мысалы, дейтерий) орналастырылады. Термоядролық жарылыста әуелі атом бомбасының заряды іске қосылады да, температура миллиондаған градусқа көтеріліп, сутек изотоптарының ядролары жаппай біріге бастайды. Осылайша әп-сәтте атом бомбасының жарылысы сутек бомбасының жарылысына ұласады.

Қолдан басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру зор қиындықтарға кезікті. Оларды жүзеге асыру үшін, негізінен, үш мәселені шешу керек:

1. Біріншіден, сутек газын қыздыру арқылы ыстық плазманың температурасын ондаған миллион градусқа көтеру қажет.
2. Екіншіден, термоядролық реакцияны тұтандыру үшін ыстық плазманы суытпай, белгілі бір көлемде кем дегенде 10¹—10²с ұстап тұру қажет.
3. Үшіншіден, термоядролық реакция қарқынды жүріп, энергия шығыны қажетінше мол болуы үшін ыстық плазмадағы дейтерий ядроларының тығыздығы белгілі бір шамадан кем болмауы тиіс, яғни 1 м¹ көлемде 10²² бөлшек болуы керек.

Осы үш шарт қатарынан орындалса ғана басқарылатын термоядролық реакцияны іске асыруға болады. Алайда плазма заттың ең орнықсыз күйі болып табылады, сондықтан бұл шарттарды бір мезгілде орындау мәселесі әлі күнге шешуін таппай отыр.