термоядерная реакция

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Выберите стиль цитирования
Копировать цитату
Делиться
Делиться
Поделиться в социальных сетях
Дать обратную связь
Внешние веб-сайты
Обратная связь
Спасибо за ваш отзыв

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Внешние веб-сайты

• Университет Пердью — Ядерное деление и ядерный синтез
• Space.com — Что такое ядерный синтез?

Распечатать
Распечатать Распечатать
Пожалуйста, выберите разделы, которые вы хотите распечатать:
Цитировать
провереноЦитировать

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Выберите стиль цитирования
Копировать цитату
Делиться
Делиться
Поделиться в социальных сетях
Обратная связь
Внешние веб-сайты
Обратная связь
Спасибо за ваш отзыв

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Внешние веб-сайты

• Университет Пердью — Ядерное деление и ядерный синтез
• Space.com — Что такое ядерный синтез?

Альтернативные названия: атомный синтез, синтез, термоядерный синтез.
Оглавление

лазерно-активируемый синтез
Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

термоядерная реакция, процесс, при котором ядерные реакции между легкими элементами образуют более тяжелые элементы (вплоть до железа). В тех случаях, когда взаимодействующие ядра принадлежат элементам с низкими атомными номерами (например, водород [атомный номер 1] или его изотопы дейтерий и тритий), выделяется значительное количество энергии. Огромный энергетический потенциал ядерного синтеза был впервые использован в термоядерном оружии или водородных бомбах, которые были разработаны в десятилетие сразу после Второй мировой войны. Подробную историю этого развития см. видеть ядерное оружие. Между тем, потенциальное мирное применение термоядерного синтеза, особенно с учетом практически безграничных запасов термоядерного топлива на Земле, стимулировало огромные усилия по использованию этого процесса для производства энергии. Для получения более подробной информации об этих усилиях см. видеть термоядерный реактор.

Эта статья посвящена физике реакции синтеза и принципам достижения устойчивых реакций синтеза с выделением энергии.

Реакция синтеза

Реакции синтеза составляют фундаментальный источник энергии звезд, в том числе Солнца. Эволюцию звезд можно рассматривать как прохождение различных стадий, поскольку термоядерные реакции и нуклеосинтез вызывают изменения состава в течение длительных промежутков времени. «Горение» водорода (H) инициирует термоядерный источник энергии звезд и приводит к образованию гелия (He). Генерация термоядерной энергии для практического использования также зависит от термоядерных реакций между самыми легкими элементами, которые сгорают с образованием гелия. На самом деле тяжелые изотопы водорода — дейтерий (D) и тритий (T) — реагируют друг с другом более эффективно, и, когда они подвергаются синтезу, они дают больше энергии за реакцию, чем два ядра водорода.(Ядро водорода состоит из одного протона. В ядре дейтерия один протон и один нейтрон, а в ядре трития один протон и два нейтрона.)

Реакции синтеза между легкими элементами, такие как реакции деления, которые расщепляют тяжелые элементы, высвобождают энергию из-за ключевого свойства ядерной материи, называемой энергией связи, которая может высвобождаться в результате синтеза или деления. Энергия связи ядра является мерой эффективности, с которой составляющие его нуклоны связаны друг с другом. Возьмем, к примеру, элемент с Z протоны и Н нейтронов в своем ядре. Атомный вес элемента А является Z + Н, а его атомный номер Z. Энергия связи Б представляет собой энергию, связанную с разницей масс между Z протоны и Н нейтроны рассматриваются отдельно, а связанные вместе нуклоны (Z + Н) в ядре массы М. Формула Б = (Zм_п + Нм_н − М)с 2 , где м_п а также м_н — массы протона и нейтрона и с это скорость света. Экспериментально было определено, что энергия связи на нуклон составляет максимум около 1,4 10 -12 Дж при атомном массовом числе около 60, т. е. приблизительно равном атомному массовому числу железа. Соответственно, слияние элементов легче железа или расщепление более тяжелых обычно приводит к чистому выделению энергии.

Два типа реакций синтеза

Реакции синтеза бывают двух основных типов: (1) те, которые сохраняют число протонов и нейтронов, и (2) те, которые включают преобразование между протонами и нейтронами. Реакции первого типа наиболее важны для практического производства термоядерной энергии, тогда как реакции второго типа имеют решающее значение для инициирования горения звезд. Произвольный элемент обозначается обозначением А _ZИкс, куда Z заряд ядра и А это атомный вес.Важная реакция синтеза для практического производства энергии — это реакция синтеза дейтерия и трития (реакция синтеза DT). Он производит гелий (He) и нейтрон (н) и записывается D + T → He + н.

Слева от стрелки (до реакции) два протона и три нейтрона. То же самое и справа.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Другая реакция, которая инициирует горение звезды, включает слияние двух ядер водорода с образованием дейтерия (реакция слияния H-H): H + H → D + β + + ν, где β + представляет собой позитрон, а ν — нейтрино. . Перед реакцией остается два ядра водорода (то есть два протона). Затем идут один протон и один нейтрон (связанные вместе как ядро ​​дейтерия) плюс позитрон и нейтрино (образующиеся в результате превращения одного протона в нейтрон).

Обе эти реакции синтеза являются экзоэргическими и поэтому выделяют энергию. Физик немецкого происхождения Ганс Бете предположил в 1930-х годах, что реакция синтеза H-H может происходить с чистым выделением энергии и обеспечивать, наряду с последующими реакциями, фундаментальный источник энергии, поддерживающий звезды. Однако для практического производства энергии требуется реакция DT по двум причинам: во-первых, скорость реакций между дейтерием и тритием намного выше, чем между протонами; во-вторых, чистое выделение энергии в реакции DT в 40 раз больше, чем в реакции H-H.