Что такое термоядерная реакция
- Термоядерная реакция: взрывной и управляемый способы
- Кулоновский барьер и его преодоление
- Взрывной термоядерный синтез
- Управляемый термоядерный синтез
Термоядерная реакция: взрывной и управляемый способы
Термоядерная реакция - это процесс синтеза более тяжелых атомных ядер из более легких. Существует два способа осуществления этой реакции - взрывной и управляемый. Взрывной способ используется в водородных бомбах, в то время как управляемый способ применяется в термоядерных реакторах. В отличие от ядерных реакций, термоядерная реакция осуществляет процесс образования, а не разрушения.
Кулоновский барьер и его преодоление
Термоядерная реакция возникает при слиянии атомных ядер, которые несут положительный заряд. Однако из-за силы отталкивания, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ядрами, ядра не могут слипнуться. Это явление называется кулоновским барьером. Однако на очень близком расстоянии между ядрами действует сильное взаимодействие, которое приводит к слиянию ядер и высвобождению колоссального количества энергии. Для преодоления кулоновского барьера требуется высокая температура, порядка 1 миллиарда градусов Цельсия, при которой вещество превращается в плазму.
Взрывной термоядерный синтез
Взрывной способ проведения термоядерной реакции был разработан намного раньше управляемого и впервые применен в водородных бомбах. В основе взрывного термоядерного синтеза лежит использование дейтерида лития как горючего вещества. В бомбе присутствуют триггер, состоящий из плутониевого заряда с усилителем, и контейнер с термоядерным горючим. Сначала триггер взрывается, испуская импульс мягкого рентгеновского излучения. Затем оболочка второй ступени с пластиковым наполнителем поглощает это излучение, превращаясь в высокотемпературную плазму под высоким давлением. В результате создается реактивная тяга, которая сжимает объем второй ступени, уменьшая межъядерное расстояние в тысячи раз. И только после ядерного взрыва плутониевого стержня начинается термоядерная реакция, в результате которой дейтерид лития реагирует с нейтронами, образуя тритий.
Управляемый термоядерный синтез
Управляемый термоядерный синтез возможен благодаря особым типам реакторов. В качестве топлива используются дейтерий, тритий, изотопы гелия, лития и бор-11. Существуют два типа управляемых реакторов: основанные на создании квазистационарной системы с удержанием плазмы магнитным полем и основанные на импульсной системе. В реакторах первого типа плазма удерживается магнитными полями, а в реакторах второго типа мишени, содержащие дейтерий и тритий, кратковременно нагреваются сверхмощными потоками частиц или лазером для инициирования реакции.