Термоядерные реакции

Особым видом ядерных реакций являются реакции синтеза атомных ядер изотопов водорода - дейтерия ²D и трития ³T:

²D⁺ + ³T⁺ = ⁴He²⁺ + n

⁴He²⁺ - ядро атома гелия (α-частица);

n – нейтрон.

При протекании такой реакции может выделиться энергия в тысячи раз большая, чем при распаде ядер.

Чтобы слияние каких-либо двух ядер стало возможным, необходимо преодолеть значительные силы электростатического отталкивания, действующие между ядрами. Только тогда, когда ядра сблизятся настолько, что вступят в действие силы ядерного притяжения, произойдет их слияние.

Как заставить атомные ядра сближаться настолько тесно, чтобы ядерные силы вступали в действие и образовывали более тяжелые ядра, а также каким способом сообщить ядрам необходимые для этого колоссальные скорости?

Можно, оказывается, воспользоваться вечным тепловым движением частиц вещества. Известно, что скорость частиц в этом движении растет с температурой, поэтому, нагревая какое-либо вещество, в принципе можно сообщить его частицам такие же большие скорости, как и в ускорителе. Сталкиваясь друг с другом благодаря тепловому движению, частицы смогут преодолевать силы электрического отталкивания и соединяться.

При обычных температурах, при которых мы живем, средняя скорость теплового движения молекул водорода около 1,8 км/сек. При таких скоростях сближение частиц до слияния их ядер невозможно, т.к. имеющейся энергии недостаточно для преодоления сил электрического отталкивания. Температуры, измеряемые десятками и даже сотнями тысяч градусов, тоже еще не дают нужных скоростей. И только при температурах в несколько миллионов градусов, когда средние скорости ядер водорода достигают нескольких сот километров в секунду, отдельные столкновения наиболее быстрых из них заканчиваются слиянием. Наконец, при температуре в десятки и сотни миллионов градусов уже многие столкновения между ними ведут к ядерным превращениям.

При таких сверхвысоких температурах атомы водорода, гелия и т.д. оказываются полностью ионизированными, их ядра лишены электронных оболочек и существуют как бы в “голом” виде. Ядра и вырванные из атомов электроны образуют своеобразный электронно-ядерный газ, называемый горячей плазмой, с очень высокой плотностью. Все частицы этой плазмы движутся с огромными скоростями и часто сталкиваются между собой.