Термоядерная реакция

ВС является главной последовательности звезд , и , таким образом , генерирует энергию с помощью ядерного синтеза водородных ядер в гелий . В своей основе Солнце каждую секунду плавит 500 миллионов метрических тонн водорода.

Ядерная энергия связи кривой. При образовании ядер с массой до железа-56 выделяется энергия, как показано выше.

Ядерная физика
Ядро  · Нуклоны  ( p , n )  · Ядерная материя  · Ядерная сила  · Ядерная структура  · Ядерная реакция
Модели ядра Жидкая капля  · Модель ядерной оболочки  · Модель взаимодействующих бозонов  · Ab initio
Классификация нуклидов Изотопы - равны Z Изобары - равны A Изотоны - равны N изодиафер - равны N  -  Z       Изомеры - равны всем вышеперечисленным зеркальным ядрам  - Z St N Стабильный  · Магия  · Четный / нечетный  · Гало  ( борромео )
Ядерная стабильность Энергия связи  · Соотношение p – n  · Капельная линия  · Остров стабильности  · Долина стабильности  · Стабильный нуклид
Радиоактивный распад Альфа α  · Бета β  ( 2β ( 0v ), β + )  · Захват K / L  · Изомерный  ( Гамма γ  · Внутреннее преобразование )  · Спонтанное деление  · Распад кластера  · Эмиссия нейтронов  · Эмиссия протонов Распад энергия  · Распад цепь  · Распад продукт  · Радиогенная нуклид
Ядерное деление Спонтанное  · Продукты  ( разрыв пары )  · Фотоделение
Процессы захвата электрон ( 2 × )  · нейтрон  ( s  · r )  · протон  ( p  · rp )
Высокоэнергетические процессы Расщепление ( космическими лучами )  · Фотодезинтеграция
Нуклеосинтез и ядерная астрофизика Процессы ядерного синтеза : звездные  · Большой взрыв  · Нуклиды сверхновых : изначальные  · космогенные  · искусственные
Ядерная физика высоких энергий Кварк-глюонная плазма  · RHIC  · LHC
Ученые Альварес  · Беккерель  · Бете  · А. Бор  · Н. Бор  · Чедвик  · Кокрофт  · Ир. Кюри  · о. Кюри  · Пи. Кюри  · Склодовская-Кюри  · Дэвиссон  · Ферми  · Хан  · Йенсен  · Лоуренс  · Майер  · Мейтнер  · Олифант  · Оппенгеймер  · Прока  · Перселл  · Раби  · Резерфорд  · Содди · Штрассманн  · Свинтецкий  · Сцилард  · Теллер  · Томсон  · Уолтон  · Вигнер
v т е

Ядерный синтез - это реакция, в которой два или более атомных ядра объединяются с образованием одного или нескольких различных атомных ядер и субатомных частиц ( нейтронов или протонов ). Разница в массе между реагентами и продуктами проявляется либо в высвобождении, либо в поглощении энергии . Эта разница в массе возникает из-за разницы в энергии связи атомов между ядрами до и после реакции. Синтез - это процесс, который приводит в действие активные звезды или звезды главной последовательности, а также другие звезды большой величины , при которых выделяется большое количество энергии .

Процесс синтеза, при котором ядра легче, чем железо-56 или никель-62 , обычно высвобождает энергию. Эти элементы имеют относительно небольшую массу на нуклон и большую энергию связи на нуклон . Слияние ядер более легких, чем эти, высвобождает энергию ( экзотермический процесс), в то время как слияние более тяжелых ядер приводит к энергии, удерживаемой нуклонами-продуктами, и результирующая реакция является эндотермической . Противоположное верно для обратного процесса, ядерного деления . Это означает, что более легкие элементы, такие как водород и гелий , обычно более плавкие; в то время как более тяжелые элементы, такие как уран ,торий и плутоний более расщепляются. Экстремальное астрофизическое событие - сверхновая звезда - может произвести достаточно энергии, чтобы сплавить ядра в элементы тяжелее железа.

В 1920 году Артур Эддингтон предположил, что синтез водорода и гелия может быть основным источником звездной энергии. Квантовое туннелирование было открыто Фридрихом Хундом в 1929 году, а вскоре после этого Роберт Аткинсон и Фриц Хутерманс использовали измеренные массы легких элементов, чтобы показать, что большое количество энергии может быть высвобождено при слиянии малых ядер. Основываясь на ранних экспериментов в ядерной трансмутации по Эрнеста Резерфорда , лабораторный синтез изотопов водорода было достигнуто Марк Олифантв 1932 году. В оставшуюся часть этого десятилетия Ганс Бете разработал теорию основного цикла ядерного синтеза в звездах . Исследования термоядерного синтеза в военных целях начались в начале 1940-х годов в рамках Манхэттенского проекта . Самостоятельный ядерный синтез был впервые осуществлен 1 ноября 1952 года при испытании водородной (термоядерной) бомбы Айви Майк .

Исследования по разработке управляемого термоядерного синтеза внутри термоядерных реакторов продолжаются с 1940-х годов, но технология все еще находится в стадии разработки.

Процесс [ править ]

Высвобождение энергии при слиянии легких элементов происходит из-за взаимодействия двух противоположных сил: ядерной силы , которая объединяет протоны и нейтроны, и кулоновской силы , которая заставляет протоны отталкиваться друг от друга. Протоны заряжены положительно и отталкиваются друг от друга за счет кулоновской силы, но, тем не менее, они могут слипаться, демонстрируя существование другой, короткодействующей силы, называемой ядерным притяжением. ^[2]Легкие ядра (или ядра меньше железа и никеля) достаточно малы и бедны протонами, что позволяет ядерной силе преодолевать отталкивание. Это связано с тем, что ядро ​​достаточно мало, чтобы все нуклоны ощущали ближнюю силу притяжения, по крайней мере, так же сильно, как они ощущают бесконечно дальнодействующее кулоновское отталкивание. Создание ядер из более легких ядер путем синтеза высвобождает дополнительную энергию от чистого притяжения частиц. Однако для более крупных ядер энергия не выделяется, поскольку ядерное взаимодействие является короткодействующим и не может продолжать действовать в более крупных масштабах ядерной длины. Таким образом, при синтезе таких ядер энергия не выделяется; вместо этого для таких процессов требуется энергия.

Термоядерный синтез приводит в действие звезды и производит практически все элементы в процессе, называемом нуклеосинтезом . Солнце - звезда главной последовательности и, как таковая, вырабатывает свою энергию путем ядерного синтеза ядер водорода в гелий. В своей основе Солнце сплавляет 620 миллионов метрических тонн водорода и производит 616 миллионов метрических тонн гелия каждую секунду. Слияние более легких элементов в звездах высвобождает энергию и массу, которая всегда его сопровождает. Например, при слиянии двух ядер водорода с образованием гелия 0,645% массы уносится в виде кинетической энергии альфа-частицы или других форм энергии, таких как электромагнитное излучение. ^[3]

Требуется значительная энергия, чтобы заставить сплавляться ядра, даже самого легкого элемента, водорода . При ускорении до достаточно высоких скоростей ядра могут преодолеть это электростатическое отталкивание и подойти достаточно близко, так что ядерная сила притяжения будет больше кулоновской силы отталкивания. Сильная сила быстро растет , как только ядра достаточно близко, и клеевые нуклоны могут существенно «падать» друг в друг , и в результате слияние и чистая энергия , вырабатываемая. Слияние более легких ядер, которое создает более тяжелое ядро ​​и часто свободный нейтрон или протон, обычно высвобождает больше энергии, чем требуется для объединения ядер; это экзотермический процесс которые могут вызывать самоподдерживающиеся реакции.

Энергиявысвобождается в большинстве ядерных реакций намного больше, чем в химических реакциях , потому что энергия связи , удерживающая ядро, больше, чем энергия, удерживающая электроны в ядре. Например, энергия ионизации, полученная при добавлении электрона к ядру водорода, равна13,6  эВ - менее одной миллионной17.6  МэВ , высвобожденные в дейтерий - тритий (Д-Т) реакции , показанные на соседней диаграмме. Реакции синтеза имеют плотность энергии во много раз больше, чем ядерное деление ; реакции производят гораздо большую энергию на единицу массы, хотя отдельные реакции деления, как правило, намного более энергичны, чем отдельные реакции синтеза, которые сами по себе в миллионы раз более энергичны, чем химические реакции. Только прямое преобразование из массы в энергию , как , например, вызванное annihilatory столкновения материи и антиматерии, является более энергичным на единицу массы, чем ядерный синтез. (Полное преобразование одного грамма вещества высвободило бы 9 × 10 ¹³ джоулей энергии.)

Исследования использования термоядерного синтеза для производства электроэнергии ведутся более 60 лет. Хотя управляемый термоядерный синтез, как правило, можно осуществить с помощью современных технологий (например, фузоров ), успешное осуществление экономического синтеза было затруднено из-за научных и технологических трудностей; Тем не менее, был достигнут важный прогресс. В настоящее время контролируемые реакции синтеза не могут обеспечить безубыточный (самоподдерживающийся) управляемый синтез. ^[4] Двумя наиболее продвинутыми подходами к нему являются магнитное удержание (конструкции тороида) и инерционное удержание (конструкции лазеров).

В стадии разработки находятся работоспособные конструкции тороидального реактора, который теоретически будет обеспечивать в десять раз больше энергии термоядерного синтеза, чем количество, необходимое для нагрева плазмы до требуемых температур (см. ИТЭР ). Ожидается, что установка ИТЭР завершит этап строительства в 2025 году. В том же году начнется ввод реактора в эксплуатацию, а в 2025 году начнутся плазменные эксперименты, но не ожидается, что начнется полный синтез дейтерия и трития до 2035 года ^[5]

Точно так же канадская компания General Fusion , которая разрабатывает ядерную систему термоядерного синтеза с намагниченной мишенью, планирует построить свою демонстрационную установку к 2025 году ^[6].

США National Ignition Facility , который использует лазерный привод термоядерного синтез , был разработан с целью безубыточного слияния; первые крупномасштабные эксперименты с лазерной мишенью были проведены в июне 2009 г., а эксперименты по зажиганию начались в начале 2011 г. ^{[7] [8]}

Ядерный синтез в звездах [ править ]

Важным процессом синтеза является звездный нуклеосинтез, который приводит в действие звезды , в том числе Солнце. В 20-м веке было признано, что энергия, выделяемая в реакциях ядерного синтеза, определяет долговечность звездного тепла и света. Слияние ядер в звезде, начиная с начального содержания водорода и гелия, обеспечивает эту энергию и синтезирует новые ядра. В ней участвуют разные цепочки реакций, в зависимости от массы звезды (и, следовательно, от давления и температуры в ее ядре).

Примерно в 1920 году Артур Эддингтон в своей статье «Внутреннее строение звезд» предвосхитил открытие и механизм процессов ядерного синтеза в звездах . ^{[9] [10]} В то время источник звездной энергии был полной загадкой; Эддингтон правильно предположил, что источником был синтез водорода в гелий, высвобождающий огромную энергию в соответствии с уравнением Эйнштейна E = mc ² . Это было особенно выдающимся достижением, поскольку в то время еще не были открыты синтез и термоядерная энергия, и даже то, что звезды в основном состоят из водорода (см. Металличность ). В статье Эддингтона говорилось, что:

1. Ведущая теория звездной энергии, гипотеза сжатия, должна вызывать заметное ускорение вращения звезд из-за сохранения углового момента . Но наблюдения переменных звезд- цефеид показали, что этого не происходит.
2. Единственным другим известным вероятным источником энергии было преобразование материи в энергию; Несколькими годами ранее Эйнштейн показал, что небольшое количество вещества эквивалентно большому количеству энергии.
3. Фрэнсис Астон также недавно показал, что масса атома гелия примерно на 0,8% меньше, чем масса четырех атомов водорода, которые вместе образуют атом гелия (согласно преобладающей в то время теории атомной структуры, которая имела атомный вес быть отличительным свойством между элементами; работа Генри Мозли и Антониуса ван ден Брука позже покажет, что ядерный заряд является отличительным свойством и что ядро ​​гелия, следовательно, состоит из двух ядер водорода плюс дополнительная масса). Это предполагает, что, если такая комбинация может произойти, она будет выделять значительную энергию в качестве побочного продукта.
4. Если бы звезда содержала всего 5% плавкого водорода, этого было бы достаточно, чтобы объяснить, как звезды получали свою энергию. (Теперь мы знаем, что большинство «обычных» звезд содержат более 5% водорода.)
5. Другие элементы также могут быть объединены, и другие ученые предположили, что звезды были «тиглем», в котором легкие элементы объединялись, чтобы создать тяжелые элементы, но без более точных измерений их атомных масс в то время больше ничего нельзя было сказать.

Все эти предположения подтвердились в последующие десятилетия.

Основным источником солнечной энергии и энергии звезд аналогичного размера является синтез водорода с образованием гелия ( протон-протонная цепная реакция), который происходит при температуре ядра Солнца в 14 миллионов кельвинов. Конечным результатом является синтез четырех протонов в одну альфа-частицу с высвобождением двух позитронов и двух нейтрино (что превращает два протона в нейтроны) и энергии. У более тяжелых звезд более важны цикл CNO и другие процессы. Когда звезда расходует значительную часть своего водорода, она начинает синтезировать более тяжелые элементы. Самые тяжелые элементы синтезируются путем синтеза, который происходит, когда более массивная звезда испытывает сильную сверхновую.в конце его жизни происходит процесс, известный как нуклеосинтез сверхновой .

Требования [ править ]

Прежде чем произойдет термоядерный синтез, необходимо преодолеть значительный энергетический барьер электростатических сил. На больших расстояниях два обнаженных ядра отталкиваются друг от друга из-за отталкивающей электростатической силы между их положительно заряженными протонами. Однако, если два ядра могут быть сближены достаточно близко, электростатическое отталкивание может быть преодолено квантовым эффектом, при котором ядра могут туннелировать за счет кулоновских сил.

Когда к ядру добавляется нуклон, такой как протон или нейтрон , ядерная сила притягивает его ко всем остальным нуклонам ядра (если атом достаточно мал), но в первую очередь к его ближайшим соседям из-за малого радиуса действия атома. сила. Нуклоны внутри ядра имеют больше соседних нуклонов, чем нуклонов на поверхности. Поскольку меньшие ядра имеют большее отношение площади поверхности к объему, энергия связи на нуклон из-за ядерной силы обычно увеличивается с размером ядра, но приближается к предельному значению, соответствующему значению ядра с диаметром около четырех нуклоны. Важно помнить, что нуклоны являются квантовыми объектами.. Так, например, поскольку два нейтрона в ядре идентичны друг другу, цель отличить один от другого, например, какой из них находится внутри, а какой на поверхности, на самом деле бессмысленна, и включение Поэтому для правильных расчетов необходима квантовая механика.

С другой стороны, электростатическая сила является силой , обратной квадрату , поэтому протон, добавленный к ядру, будет ощущать электростатическое отталкивание от всех других протонов в ядре. Таким образом, электростатическая энергия на нуклон из-за электростатической силы неограниченно возрастает с ростом атомного номера ядер.

Конечным результатом противоположных электростатических и сильных ядерных сил является то, что энергия связи на нуклон обычно увеличивается с увеличением размера, вплоть до элементов железа и никеля , а затем уменьшается для более тяжелых ядер. В конце концов, энергия связи становится отрицательной, и очень тяжелые ядра (все с более чем 208 нуклонами, что соответствует диаметру около 6 нуклонов) становятся нестабильными. Четыре наиболее тесно связанных ядра в порядке убывания энергии связи на нуклон:62Ni, 58Fe, 56Fe, а также 60Ni. ^[11] Хотя изотоп никеля ,⁶²
Ni
, более устойчив, изотоп железа ⁵⁶
Fe
на порядок чаще встречается. Это связано с тем, что у звезд нет простого способа создавать⁶²
Ni
через альфа-процесс.

Исключением из этой общей тенденции является ядро гелия-4 , энергия связи которого выше, чем у лития , следующего по тяжести элемента. Это связано с тем, что протоны и нейтроны являются фермионами , которые согласно принципу исключения Паули не могут существовать в одном и том же ядре в одном и том же состоянии. Энергетическое состояние каждого протона или нейтрона в ядре может вмещать как частицу со спином вверх, так и частицу со спином вниз. Гелий-4 имеет аномально большую энергию связи, потому что его ядро ​​состоит из двух протонов и двух нейтронов (это двойная магия).ядро), поэтому все четыре его нуклона могут находиться в основном состоянии. Любые дополнительные нуклоны должны перейти в более высокие энергетические состояния. Действительно, ядро ​​гелия-4 настолько тесно связано, что его обычно рассматривают как единственную квантово-механическую частицу в ядерной физике, а именно альфа-частицу .

Ситуация аналогична, если два ядра собрать вместе. По мере приближения друг к другу все протоны в одном ядре отталкиваются от всех протонов в другом. Только когда два ядра действительно приблизятся достаточно близко на достаточно долгое время, чтобы сильное ядерное взаимодействие могло взять верх (посредством туннелирования), отталкивающая электростатическая сила не преодолена. Следовательно, даже когда конечное энергетическое состояние ниже, существует большой энергетический барьер, который необходимо сначала преодолеть. Это называется кулоновским барьером .

Кулоновский барьер самый маленький для изотопов водорода, так как их ядра содержат только один положительный заряд. Дипротон не является стабильным, так что нейтроны также должны быть вовлечены, в идеале таким образом , что ядро гелия, с его чрезвычайно жесткой привязкой, является одним из продуктов.

При использовании дейтерий-тритиевого топлива результирующий энергетический барьер составляет около 0,1 МэВ. Для сравнения, энергия, необходимая для удаления электрона из водорода, составляет 13,6 эВ, что примерно в 7500 раз меньше энергии. (Промежуточный) результат синтеза - нестабильное ядро ⁵ He, которое немедленно испускает нейтрон с энергией 14,1 МэВ. Энергия отдачи оставшегося ядра ⁴ He составляет 3,5 МэВ, поэтому общая выделяемая энергия составляет 17,6 МэВ. Это во много раз больше, чем нужно для преодоления энергетического барьера.

Сечение реакции (σ) является мерой вероятности реакции синтеза как функции относительной скорости двух ядер-реагентов. Если реагенты имеют распределение скоростей, например тепловое распределение, то полезно выполнить усреднение по распределениям произведения поперечного сечения и скорости. Это среднее значение называется «реактивностью» и обозначается <σv>. Скорость реакции (количество плавлений на объем за время) в <σv> умножается на произведение численных плотностей реагентов:

${\ displaystyle f = n_ {1} n_ {2} \ langle \ sigma v \ rangle.}$

Если разновидность ядер реагирует с ядром, подобным ему, например, реакция DD, то продукт должен быть заменен на .${\ displaystyle n_ {1} n_ {2}}$${\ Displaystyle п ^ {2} / 2}$

${\ displaystyle \ langle \ sigma v \ rangle}$увеличивается практически от нуля при комнатных температурах до значимых величин при температурах 10 - 100  кэВ. При этих температурах, значительно превышающих типичные энергии ионизации (13,6 эВ в случае водорода), термоядерные реагенты находятся в плазменном состоянии.

Значение как функции температуры в устройстве с определенным временем удержания энергии определяется с учетом критерия Лоусона . Это чрезвычайно сложный барьер, который необходимо преодолеть на Земле, что объясняет, почему исследованиям термоядерного синтеза потребовалось много лет, чтобы достичь нынешнего передового технического состояния. ^[12]${\ displaystyle \ langle \ sigma v \ rangle}$

Искусственный синтез [ править ]

Термоядерный синтез [ править ]

Если вещество достаточно нагрето (следовательно, является плазмой ) и ограничено, реакции синтеза могут происходить из-за столкновений с экстремальными тепловыми кинетическими энергиями частиц. Термоядерное оружие производит неконтролируемое выделение термоядерной энергии . В концепциях управляемого термоядерного синтеза для удержания плазмы используются магнитные поля.

Термоядерный синтез с инерционным удержанием [ править ]

Термоядерный синтез с инерционным удержанием ( ICF ) - это метод, направленный на высвобождение энергии термоядерного синтеза путем нагрева и сжатия топливной мишени, обычно гранулы, содержащей дейтерий и тритий .

Инерционное электростатическое удержание [ править ]

Инерционное электростатическое удержание - это набор устройств, которые используют электрическое поле для нагрева ионов до условий термоядерного синтеза. Самым известным является фузор . Начиная с 1999 года, многие любители смогли заниматься любительским синтезом с помощью этих самодельных устройств. ^{[13] [14] [15] [16]} К другим устройствам IEC относятся: концепции Polywell , MIX POPS ^[17] и Marble. ^[18]

Слияние пучка-луча или луча-мишени [ править ]

Если энергия для инициирования реакции исходит от ускорения одного из ядер, этот процесс называется слиянием пучка с мишенью ; если оба ядра ускоряются, это луч пучок слияние.

Синтез легких ионов на основе ускорителей - это метод, в котором используются ускорители частиц для достижения кинетической энергии частиц, достаточной для инициирования реакций синтеза легких ионов. Ускорение легких ионов относительно легко и может быть выполнено эффективным способом, требуя только вакуумной трубки, пары электродов и высоковольтного трансформатора; Сплав можно наблюдать при напряжении между электродами всего 10 кВ. Ключевая проблема термоядерного синтеза на ускорителях (и с холодными мишенями в целом) заключается в том, что сечения термоядерного синтеза на много порядков меньше сечений кулоновского взаимодействия. Поэтому подавляющее большинство ионов расходует свою энергию на тормозное излучение и ионизацию атомов мишени. Устройства, называемые генераторами нейтронов с герметичными трубкамиособенно актуальны для этого обсуждения. Эти небольшие устройства представляют собой миниатюрные ускорители частиц, наполненные дейтерием и газом тритием, в устройстве, которое позволяет ускорять ионы этих ядер против гидридных мишеней, также содержащих дейтерий и тритий, где происходит синтез, высвобождая поток нейтронов. Сотни нейтронных генераторов производятся ежегодно для использования в нефтяной промышленности, где они используются в измерительном оборудовании для определения местоположения и картирования запасов нефти.

Энергетические компании Tri-Alpha и Helion предложили комбинаторный подход для преодоления проблемы тормозного излучения при слиянии луча и мишени. Этот метод основан на взаимном проникновении двух противоположно направленных плазмоидов. ^[19] Теоретические работы показывают, что, создавая и нагревая два ускоренных лобовых сталкивающихся плазмоида до тепловой энергии в несколько килограммов электрон-вольт, которая является низкой по сравнению с необходимой для термоядерного синтеза, чистый выигрыш от термоядерного синтеза возможен даже с анейтронными видами топлива, такими как p- 11 B . Чтобы достичь необходимых условий безубыточности этим методом, ускоренные плазмоиды должны иметь достаточные скорости столкновения порядка нескольких тысяч километров в секунду (10 ⁶м / с) в зависимости от вида термоядерного топлива. ^[20] Кроме того, плотность плазмоидов должна находиться между критериями инерционного и магнитного слияния.

Синтез, катализируемый мюонами [ править ]

Синтез, катализируемый мюонами, - это процесс синтеза, который происходит при обычных температурах. Его подробно изучил Стивен Джонс в начале 1980-х годов. Чистое производство энергии в результате этой реакции было неудачным из-за высокой энергии, необходимой для создания мюонов , их короткого периода полураспада 2,2 мкс и высокой вероятности того, что мюон свяжется с новой альфа-частицей и, таким образом, перестанет катализировать синтез. ^[21]

Другие принципы [ править ]

Были исследованы некоторые другие принципы заключения.

• Инициализированный антиматерией термоядерный синтез использует небольшое количество антивещества, чтобы вызвать крошечный термоядерный взрыв. Это было изучено, прежде всего, в контексте создания ядерно-импульсной двигательной установки и создания чисто термоядерных бомб . Это не так близко к тому, чтобы стать практическим источником энергии из-за стоимости только производства антивещества.
• В апреле 2005 г. группа ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщила о пироэлектрическом синтезе . Ученые использовали пироэлектрический кристалл, нагретый от -34 до 7 ° C (от -29 до 45 ° F), в сочетании с вольфрамовой иглой для создания электрического поля примерно 25 гигавольт на метр для ионизации и ускорения ядер дейтерия в мишени из дейтерида эрбия. . На расчетных уровней энергии, ^[22] реакции синтеза ДД может произойти, производя гелий-3 , и 2,45 МэВ нейтронов. Несмотря на то, что он является полезным генератором нейтронов, устройство не предназначено для выработки электроэнергии, поскольку требует гораздо больше энергии, чем производит. ^{[23] [24] [25] [26]}
• Гибридный ядерный синтез-деление (гибридная ядерная энергия) - это предлагаемый способ получения энергии за счет использования комбинации процессов ядерного синтеза и деления . Эта концепция восходит к 1950-м годам и кратко отстаивалась Гансом Бете в течение 1970-х годов, но в значительной степени оставалась неизведанной до возрождения интереса в 2009 году из-за задержек в реализации чистого синтеза. ^[27]
• Проект PACER , реализованный в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) в середине 1970-х годов, исследовал возможность создания термоядерной энергетической системы, которая будет включать взрывы небольших водородных бомб (термоядерных бомб) внутри подземной полости. В качестве источника энергии эта система является единственной системой термоядерного питания, работоспособность которой может быть продемонстрирована с использованием существующих технологий. Однако это также потребовало бы больших и непрерывных поставок ядерных бомб, что сделало бы экономику такой системы весьма сомнительной.
• Пузырьковое слияние, также называемое сонофузией, было предложенным механизмом для достижения слияния с помощью звуковой кавитации, который приобрел известность в начале 2000-х годов. Последующие попытки воспроизвести потерпели неудачу, и главный исследователь, Руси Талеярхан , был признан виновным в ненадлежащем проведении исследования в 2008 году ^[28].

Важные реакции [ править ]

Звездные цепочки реакций [ править ]

Известно, что при температурах и плотностях в ядрах звезд скорость термоядерных реакций очень низка. Например, при температуре ядра Солнца ( T ≈ 15 мк) и плотности (160 г / см ³ ) скорость выделения энергии составляет всего 276 мкВт / см ³ - примерно четверть объемной скорости, с которой тело человека в состоянии покоя выделяет тепло. . ^[29] Таким образом, воспроизведение условий ядра звезды в лаборатории по производству термоядерной энергии совершенно непрактично. Поскольку скорость ядерных реакций зависит от плотности, а также от температуры, и большинство схем термоядерного синтеза работают при относительно низких плотностях, эти методы сильно зависят от более высоких температур. Скорость плавления как функция температуры (exp (- E / kT)), приводит к необходимости достижения в земных реакторах температур в 10–100 раз более высоких, чем в недрах звезд: T ≈ 0,1–1,0 × 10 ⁹ К.

Критерии и кандидаты земных реакций [ править ]

При искусственном синтезе первичным топливом не обязательно должны быть протоны, и могут использоваться более высокие температуры, поэтому выбираются реакции с большим поперечным сечением. Другой проблемой является производство нейтронов, которые активируют конструкцию реактора радиологически, но также имеют преимущества, позволяющие извлекать энергию термоядерного синтеза по объему и воспроизводить тритий . Реакции, в которых нейтроны не выделяются, называются анейтронными .

Чтобы быть полезным источником энергии, реакция синтеза должна удовлетворять нескольким критериям. Это должно:

Быть экзотермичным

Это ограничивает реагенты стороной с низкой Z (числом протонов) кривой энергии связи . Он также делает гелий4Он самый распространенный продукт из-за его необычайно плотного переплета, хотя 3Он а также 3ЧАС тоже появятся.

Вовлекайте ядра с низким атомным номером ( Z )

Это связано с тем, что электростатическое отталкивание, которое необходимо преодолеть, прежде чем ядра станут достаточно близкими для слияния, напрямую связано с количеством протонов, которые оно содержит - его атомным номером. ^{[ необходима цитата ]}

Есть два реагента

При любой плотности, меньшей, чем звездная, столкновения трех тел слишком маловероятны. При инерционном удержании превышаются как плотности звезд, так и температуры, чтобы компенсировать недостатки третьего параметра критерия Лоусона, очень короткого времени удержания ICF.

Есть два или более продуктов

Это позволяет одновременно сохранять энергию и импульс, не полагаясь на электромагнитную силу.

Сохраняйте как протоны, так и нейтроны

Сечения слабого взаимодействия слишком малы.

Этим критериям соответствуют немногие реакции. Ниже приведены те, которые имеют наибольшее сечение: ^{[30] [31]}

(1)

2 1D

+

3 1Т

→

4 2Он

(

3,52  МэВ

)

+

п 0

(

14.06  МэВ

)

(2i)

2 1D

+

2 1D

→

3 1Т

(

1,01  МэВ

)

+

р +

(

3,02  МэВ

)

50%

(2ii)

→

3 2Он

(

0,82  МэВ

)

+

п 0

(

2,45  МэВ

)

50%

(3)

2 1D

+

3 2Он

→

4 2Он

(

3,6  МэВ

)

+

р +

(

14,7  МэВ

)

(4)

3 1Т

+

3 1Т

→

4 2Он

+

2  п 0

+

11,3  МэВ

(5)

3 2Он

+

3 2Он

→

4 2Он

+

2  р +

+

12,9  МэВ

(6i)

3 2Он

+

3 1Т

→

4 2Он

+

р +

+

п 0

+

12,1  МэВ

57%

(6ii)

→

4 2Он

(

4,8  МэВ

)

+

2 1D

(

9,5  МэВ

)

43%

(7i)

2 1D

+

6 3Ли

→

2 4 2Он

+

22,4  МэВ

(7ii)

→

3 2Он

+

4 2Он

+

п 0

+

2,56  МэВ

(7iii)

→

7 3Ли

+

р +

+

5,0  МэВ

(7iv)

→

7 4Быть

+

п 0

+

3,4  МэВ

(8)

р +

+

6 3Ли

→

4 2Он

(

1,7  МэВ

)

+

3 2Он

(

2.3  МэВ

)

(9)

3 2Он

+

6 3Ли

→

2 4 2Он

+

р +

+

16,9  МэВ

(10)

р +

+

11 5B

→

3 4 2Он

+

8,7  МэВ

Для реакций с двумя продуктами энергия делится между ними обратно пропорционально их массам, как показано. В большинстве реакций с тремя продуктами распределение энергии меняется. Для реакций, которые могут привести к более чем одному набору продуктов, даны коэффициенты разветвления.

Некоторые кандидаты реакции могут быть устранены сразу. Реакция D- ⁶ Li не имеет преимуществ по сравнению с p + -11 5B потому что его примерно так же трудно сжечь, но он производит значительно больше нейтронов через 2 1D-2 1Dпобочные реакции. Также есть p + -7 3Лиреакция, но сечение слишком низкое, за исключением, возможно, случаев, когда T _i > 1 МэВ, но при таких высоких температурах эндотермическая прямая реакция с образованием нейтронов также становится очень значительной. Наконец, существует также p + -9 4Быть реакция, которую не только сложно сжечь, но и 9 4Быть легко заставить расщепиться на две альфа-частицы и нейтрон.

В дополнение к реакциям термоядерного синтеза, следующие реакции с нейтронами важны для «размножения» трития в «сухих» термоядерных бомбах и некоторых предлагаемых термоядерных реакторах:

п 0	+	6 3Ли	→	3 1Т	+	4 2Он + 4,784 МэВ
п 0	+	7 3Ли	→	3 1Т	+	4 2Он+ n 0 - 2,467 МэВ

Последнее из двух уравнений было неизвестно, когда США проводили испытания термоядерной бомбы Castle Bravo в 1954 году. Поскольку это была вторая из когда-либо испытанных термоядерных бомб (и первая, в которой использовался литий), конструкторы Castle Bravo "Shrimp" поняли, что полезность ⁶ Li для производства трития, но не осознали, что деление ⁷ Li значительно увеличит мощность бомбы. В то время как ⁷ Li имеет малое нейтронное сечение для низких энергий нейтронов, он имеет более высокое сечение выше 5 МэВ. ^[32] Выход 15 млн тонн был на 150% больше прогнозируемых 6 млн тонн и вызвал неожиданное воздействие радиоактивных осадков.

Чтобы оценить полезность этих реакций, помимо реагентов, продуктов и выделяемой энергии, нужно кое-что знать о ядерном поперечном сечении . Любое термоядерное устройство имеет максимальное давление плазмы, которое оно может выдержать, и экономичное устройство всегда будет работать около этого максимума. При таком давлении наибольшая мощность плавления достигается, когда температура выбирается так, чтобы <σv> / T ² было максимальным. Это также температура, при которой значение тройного произведения nT τ, необходимое для воспламенения, является минимальным, поскольку это требуемое значение обратно пропорционально <σv> / T ² (см. Критерий Лоусона.). (Плазма "воспламеняется", если реакции синтеза производят мощность, достаточную для поддержания температуры без внешнего нагрева.) Эта оптимальная температура и значение <σv> / T ² при этой температуре даны для некоторых из этих реакций в нижеследующем Таблица.

Обратите внимание, что многие реакции образуют цепочки. Например, реактор, работающий на³
₁Т
а также ³
₂Он
создает некоторые ²
₁D
, который затем можно использовать в ²
₁D
-³
₂Он
реакция, если энергии "правильные". Изящная идея - объединить реакции (8) и (9). В³
₂Он
из реакции (8) может реагировать с ⁶
₃Ли
в реакции (9) до полной термализации. Это производит энергичный протон, который, в свою очередь, проходит реакцию (8) перед термализацией. Подробный анализ показывает , что эта идея не будет работать хорошо, ^{[ править ]} , но это хороший пример для случая , когда обычное предположение о максвелловских плазмы не подходит.

Нейтронность, ограничение содержания и плотность мощности [ править ]

Любая из вышеперечисленных реакций в принципе может быть основой производства термоядерной энергии . В дополнение к температуре и поперечному сечению, обсужденным выше, мы должны учитывать полную энергию продуктов термоядерного синтеза E _fus , энергию заряженных продуктов термоядерного синтеза E _ch и атомный номер Z _{негидрогенного} реагента.

Спецификация ²
₁D
-²
₁D
Однако реакция сопряжена с некоторыми трудностями. Для начала необходимо усреднить две ветви (2i) и (2ii). Сложнее решить, как лечить³
₁Т
а также ³
₂Он
продукты. ³
₁Т
горит так хорошо в дейтериевой плазме, что извлечь из плазмы практически невозможно. В²
₁D
-³
₂Он
реакция оптимизируется при гораздо более высокой температуре, поэтому выгорание при оптимальном ²
₁D
-²
₁D
температура может быть низкой. Поэтому кажется разумным предположить, что³
₁Т
но не ³
₂Он
сгорает и добавляет свою энергию к чистой реакции, что означает, что полная реакция будет суммой (2i), (2ii) и (1):

5 2 1D → 4 2Он+ 2 п 0 +3 2Он+ p + , E _fus = 4,03 + 17,6 + 3,27 = 24,9 МэВ, E _ch = 4,03 + 3,5 + 0,82 = 8,35 МэВ.

Для расчета мощности реактора (в котором скорость реакции определяется шагом DD) подсчитываем ²
₁D
-²
₁D
энергия синтеза на одну DD-реакцию _{выражается} как E _fus = (4,03 МэВ + 17,6 МэВ) × 50% + (3,27 МэВ) × 50% = 12,5 МэВ, а энергия в заряженных частицах выражается как E _ch = (4,03 МэВ + 3,5 МэВ) × 50%. + (0,82 МэВ) × 50% = 4,2 МэВ. (Примечание: если ион трития реагирует с дейтроном, хотя он все еще имеет большую кинетическую энергию, то кинетическая энергия произведенного гелия-4 может сильно отличаться от 3,5 МэВ, ^[33], поэтому этот расчет энергии в заряженных частицах это только приближение к среднему.) Количество энергии, потребляемой на дейтрон, составляет 2/5 от этого, или 5,0 МэВ ( удельная энергия около 225 миллионов МДж на килограмм дейтерия).

Еще один уникальный аспект ²
₁D
-²
₁D
реакция заключается в том, что существует только один реагент, который необходимо учитывать при расчете скорости реакции.

Выбрав этот вариант, мы занесем в таблицу параметры четырех наиболее важных реакций.

Последний столбец - это нейтронность реакции, доля энергии синтеза, выделяемая в виде нейтронов. Это важный показатель масштабов проблем, связанных с нейтронами, таких как радиационное повреждение, биологическая защита, удаленное обращение и безопасность. Для первых двух реакций он рассчитывается как ( E _fus - E _ch ) / E _fus . Для последних двух реакций, где этот расчет дал бы ноль, приведенные значения являются приблизительными оценками, основанными на побочных реакциях, которые производят нейтроны в плазме, находящейся в тепловом равновесии.

Конечно, реагенты также следует смешивать в оптимальных пропорциях. Это тот случай, когда на каждый ион-реагент плюс связанные с ним электроны приходится половина давления. Предполагая, что общее давление фиксировано, это означает, что плотность частиц негидрогенного иона меньше, чем плотность водородного иона в 2 раза / ( Z +1). Следовательно, скорость этих реакций снижается в один и тот же фактор, помимо любых различий в значениях <σv> / T ² . С другой стороны, потому что²
₁D
-²
₁D
В реакции используется только один реагент, ее скорость в два раза выше, чем при разделении топлива между двумя разными водородными частицами, что создает более эффективную реакцию.

Таким образом, существует «штраф» в размере (2 / (Z + 1)) для негидрогенных топлив, возникающий из-за того, что им требуется больше электронов, которые принимают давление, не участвуя в реакции синтеза. (Обычно считается правильным предположение, что температура электронов будет почти равна температуре ионов. Некоторые авторы, однако, обсуждают возможность того, что электроны могут поддерживаться значительно более холодными, чем ионы. В таком случае, известном как «горячая» ионный режим »,« штраф »не применяется.) В то же время существует« бонус »в 2 раза для²
₁D
-²
₁D
потому что каждый ион может реагировать с любыми другими ионами, а не только с их частью.

Теперь мы можем сравнить эти реакции в следующей таблице.

Максимальное значение <σv> / T ² взято из предыдущей таблицы. Фактор «штрафа / бонуса» относится к негидрогенному реагенту или одночастичной реакции. Значения в колонке «обратной» реактивности найдены путем деления 1,24 × 10 ^{- 24} на произведение второго и третьего столбцов. Он указывает на фактор, на который другие реакции протекают медленнее, чем2 1D-3 1Треакция в сопоставимых условиях. Столбец « Критерий Лоусона » взвешивает эти результаты с помощью E _ch и дает представление о том, насколько сложнее добиться воспламенения с помощью этих реакций по сравнению с трудностями для2 1D-3 1Треакция. В предпоследнем столбце обозначена « _{удельная} мощность», в нем взвешивается практическая реактивность E _fus . Последний столбец показывает, насколько ниже плотность мощности синтеза других реакций по сравнению с2 1D-3 1Т реакция и может считаться мерой экономического потенциала.

Тормозные потери в квазинейтральной изотропной плазме [ править ]

Ионы, подвергающиеся слиянию во многих системах, по существу никогда не будут возникать в одиночку, а будут смешаны с электронами, которые в совокупности нейтрализуют объемный электрический заряд ионов и образуют плазму . Электроны обычно имеют температуру, сравнимую или превышающую температуру ионов, поэтому они будут сталкиваться с ионами и испускать рентгеновское излучение с энергией 10–30 кэВ, процесс, известный как тормозное излучение .

Огромный размер Солнца и звезд означает, что рентгеновские лучи, образующиеся в этом процессе, не ускользнут и будут возвращать свою энергию обратно в плазму. Говорят, что они непрозрачны для рентгеновских лучей. Но любой наземный термоядерный реактор будет оптически тонким для рентгеновского излучения этого диапазона энергий. Рентгеновские лучи трудно отразить, но они эффективно поглощаются (и преобразуются в тепло) из нержавеющей стали толщиной менее миллиметра (которая является частью защиты реактора). Это означает, что процесс тормозного излучения выводит энергию из плазмы, охлаждая ее.

Отношение мощности термоядерного синтеза к рентгеновскому излучению, теряемому стенами, является важным показателем качества. Это соотношение обычно максимизируется при гораздо более высокой температуре, чем та, которая максимизирует удельную мощность (см. Предыдущий подраздел). В следующей таблице приведены оценки оптимальной температуры и соотношения мощностей при этой температуре для нескольких реакций:

Фактические отношения термоядерного излучения к мощности тормозного излучения, вероятно, будут значительно ниже по нескольким причинам. Во-первых, расчет предполагает, что энергия продуктов термоядерного синтеза полностью передается топливным ионам, которые затем теряют энергию электронам из-за столкновений, которые, в свою очередь, теряют энергию из-за тормозного излучения. Однако, поскольку продукты термоядерного синтеза движутся намного быстрее, чем ионы топлива, они будут отдавать значительную часть своей энергии непосредственно электронам. Во-вторых, ионы в плазме считаются чисто топливными. На практике будет значительная доля примесных ионов, которые затем уменьшат соотношение. В частности, сами продукты термоядерного синтеза должны оставаться в плазме до тех пор, пока они не откажутся от своей энергии, и будутоставаться в течение некоторого времени после этого в любой предложенной схеме локализации. Наконец, не учитывались все каналы потери энергии, кроме тормозного излучения. Последние два фактора связаны. Теоретически и экспериментально удержание частиц и удержание энергии тесно связаны. В замкнутой схеме, которая хорошо сохраняет энергию, продукты термоядерного синтеза будут накапливаться. Если продукты термоядерного синтеза эффективно выбрасываются, удержание энергии также будет плохим.

Температуры, обеспечивающие максимальную мощность термоядерного синтеза по сравнению с тормозным излучением, в каждом случае выше температуры, которая максимизирует плотность мощности и минимизирует требуемое значение тройного продукта термоядерного синтеза . Это не изменит оптимальную рабочую точку для2 1D-3 1Т очень сильно, потому что доля тормозного излучения мала, но это подтолкнет другие виды топлива к режимам, в которых плотность мощности относительно 2 1D-3 1Теще ниже, а требуемого удержания еще труднее достичь. Для2 1D-2 1D а также 2 1D-3 2Он, Потери тормозного излучения будут серьезной, возможно, непомерно высокой проблемой. Для3 2Он-3 2Он, p + -6 3Лии p + -11 5Bпотери на тормозное излучение, по-видимому, делают невозможным создание термоядерного реактора, использующего это топливо с квазинейтральной изотропной плазмой. Некоторые пути выхода из этой дилеммы были рассмотрены, но отвергнуты. ^{[34] [35]} Это ограничение не распространяется на ненейтральную и анизотропную плазму ; однако у них есть свои проблемы, с которыми нужно бороться.

Математическое описание поперечного сечения [ править ]

Слияние по классической физике [ править ]

В классической картине ядра можно рассматривать как твердые сферы, которые отталкиваются друг от друга за счет кулоновской силы, но сливаются, когда две сферы подходят достаточно близко для контакта. Оценивая радиус атомного ядра как примерно один фемтометр, энергия, необходимая для слияния двух водородов, равна:

${\ displaystyle E _ {\ text {thresh}} = {\ frac {1} {4 \ pi \ epsilon _ {0}}} {\ frac {Z_ {1} Z_ {2}} {r}} {\ xrightarrow {\ text {2 протона}}} {\ frac {1} {4 \ pi \ epsilon _ {0}}} {\ frac {e ^ {2}} {1 {\ text {fm}}}} \ приблизительно 1,4 {\ text {МэВ}}}$

Это означало бы, что для ядра Солнца, которое имеет распределение Больцмана с температурой около 1,4 кэВ, вероятность того, что водород достигнет порогового значения, означает , что термоядерный синтез никогда не произойдет. Однако термоядерный синтез на Солнце действительно происходит благодаря квантовой механике.${\ displaystyle 10 ^ {- 290}}$

Параметризация сечения [ править ]

Вероятность того, что произойдет синтез, значительно увеличена по сравнению с классической картиной благодаря размытию эффективного радиуса как длины волны ДеБрогли, а также квантовому туннелированию через потенциальный барьер. Для определения скорости реакций синтеза наибольший интерес представляет значение поперечного сечения , которое описывает вероятность того, что частицы будут сливаться, определяя характерную область взаимодействия. Оценка площади поперечного сечения плавления часто разбивается на три части:

${\ Displaystyle \ сигма \ приблизительно \ сигма _ {геометрия} \ раз T \ раз R}$

Где - геометрическое сечение, T - прозрачность барьера, а R - характеристики реакции.${\ displaystyle \ sigma _ {геометрия}}$

${\ displaystyle \ sigma _ {геометрия}}$имеет порядок квадрата длины волны де-Бройля, где - приведенная масса системы, а - энергия центра масс системы.${\ displaystyle \ sigma _ {geometry} \ приблизительно \ lambda ^ {2} = {\ bigg (} {\ frac {\ hbar} {m_ {r} v}} {\ bigg)} ^ {2} \ propto { \ frac {1} {\ epsilon}}}$${\ displaystyle m_ {r}}$${\ displaystyle \ epsilon}$

T можно аппроксимировать прозрачностью Гамова, которая имеет вид: где - фактор Гамова и получается из оценки вероятности квантового туннелирования через потенциальный барьер.${\ Displaystyle Т \ приблизительно е ^ {- {\ sqrt {\ epsilon _ {G} / \ epsilon}}}}$${\ displaystyle \ epsilon _ {G} = (\ pi \ alpha Z_ {1} Z_ {2}) ^ {2} \ times 2m_ {r} c ^ {2}}$

R содержит всю ядерную физику конкретной реакции и принимает очень разные значения в зависимости от природы взаимодействия. Тем не менее, для большинства реакций, изменение мала по сравнению с изменением от фактора Гамова и так аппроксимирована с помощью функции , называемой Астрофизический S-фактор , , который слабо изменяющейся энергии. Собирая эти зависимости вместе, можно получить одно приближение для сечения слияния как функции энергии:${\ Displaystyle R (\ epsilon)}$${\ Displaystyle S (\ epsilon)}$

${\ displaystyle \ sigma (\ epsilon) \ приблизительно {\ frac {S (\ epsilon)} {\ epsilon}} e ^ {- {\ sqrt {\ epsilon _ {G} / \ epsilon}}}}$

Более подробные формы поперечного сечения могут быть получены с помощью моделей на основе ядерной физики и теории R-матрицы .

Формулы сечений плавления [ править ]

Формуляр физики плазмы Морской исследовательской лаборатории ^[36] дает полное сечение в амбарах как функцию энергии (в кэВ) падающей частицы по направлению к целевому иону, находящемуся в состоянии покоя, рассчитывается по формуле:

${\ displaystyle \ sigma ^ {NRL} (\ epsilon) = {\ frac {A_ {5} + {\ big (} (A_ {4} -A_ {3} \ epsilon) ^ {2} +1) {\ большой)} ^ {- 1} A_ {2}} {\ epsilon (e ^ {A_ {1} \ epsilon ^ {- 1/2}} - 1)}}}$ со следующими значениями коэффициентов:

Bosch-Hale ^[37] также сообщает о сечениях, рассчитанных с помощью R-матрицы, которые соответствуют данным наблюдений с рациональными аппроксимирующими коэффициентами Паде . Если энергия выражена в кэВ, а сечение - в миллибарнах, коэффициент имеет вид:

${\ displaystyle \ sigma ^ {\ text {Bosch-Hale}} (\ epsilon) = {\ frac {A_ {1} + \ epsilon {\ bigg (} A_ {2} + \ epsilon {\ big (} A_ { 3} + \ epsilon (A_ {4} + \ epsilon A_ {5}) {\ big)} {\ bigg)}} {1+ \ epsilon {\ bigg (} B_ {1} + \ epsilon {\ big ( } B_ {2} + \ epsilon (B_ {3} + \ epsilon B_ {4}) {\ big)} {\ bigg)}}}}$, со значениями коэффициентов:

Коэффициенты Боша-Хейла для сечения плавления

	ДТ (1)	DD (2ii)	DHe 3 (3)	4
${\ displaystyle \ epsilon _ {G}}$	31,3970	68,7508	31,3970	34,3827
A1	5.5576e4	5.7501e6	5,3701e4	6.927e4
A2	2.1054e2	2,5226e3	3,3027e2	7,454e8
A3	-3.2638e-2	4.5566e1	-1,2706e-1	2.050e6
A4	1.4987e-6	0	2.9327e-5	5.2002e4
A5	1,8181e-10	0	-2,5151e-9	0
B1	0	-3.1995e-3	0	6.38e1
Би 2	0	-8.5530e-6	0	-9,95e-1
B3	0	5.9014e-8	0	6.981e-5
B4	0	0	0	1,728e-4
Применимый диапазон энергий [кэВ]	0,5-5000	0,3-900	0,5-4900	0,5-550
${\ displaystyle (\ Delta S) _ {\ text {max}} \%}$	2.0	2.2	2,5	1.9

Ядерные сечения, усредненные по Максвеллу [ править ]

В термоядерных системах, которые находятся в тепловом равновесии, частицы находятся в распределении Максвелла – Больцмана , что означает, что частицы имеют диапазон энергий, сосредоточенных вокруг температуры плазмы. Солнце, магнитно удерживаемая плазма и термоядерные системы с инерционным удержанием хорошо смоделированы как находящиеся в тепловом равновесии. В этих случаях представляет интерес сечение слияния, усредненное по распределению Максвелла-Больцмана. В формуляре физики плазмы Военно-морской исследовательской лаборатории приведены усредненные по Максвеллу реактивности сечений термоядерного синтеза в .${\ displaystyle см ^ {3} / сек}$

Для энергий данные могут быть представлены в виде:${\ displaystyle T \ leq 25 {\ text {кэВ}}}$

${\ displaystyle ({\ overline {\ sigma v}}) _ {DD} = 2.33 * 10 ^ {- 14} * T ^ {- 2/3} * e ^ {- 18.76T ^ {- 1/3} } {\ frac {{\ text {cm}} ^ {3}} {\ text {sec}}}}$

${\ displaystyle ({\ overline {\ sigma v}}) _ {DT} = 3,68 * 10 ^ {- 12} * T ^ {- 2/3} * e ^ {- 19,94T ^ {- 1/3} } {\ frac {{\ text {cm}} ^ {3}} {\ text {sec}}}}$
с в единицах .${\ displaystyle T}$${\ displaystyle кэВ}$

См. Также [ править ]

Журналы [ править ]

• Fusion Engineering и дизайн
• Наука и технологии термоядерного синтеза
• Журнал термоядерной энергии
• Термоядерная реакция

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• "Что такое ядерный синтез?" . NuclearFiles.org. Архивировано из оригинального 28 сентября 2006 года . Проверено 12 января 2006 года .
• С. Ацени; Дж. Мейер-тер-Вен (2004). «Реакции ядерного синтеза» (PDF) . Физика инерционного синтеза . Оксфордский университет прессы . ISBN 978-0-19-856264-1. Архивировано из оригинального (PDF) 24 января 2005 года.
• Дж. Брамфил (22 мая 2006 г.). «Хаос может держать синтез под контролем». Природа . DOI : 10.1038 / news060522-2 . S2CID  62598131 .
• RW Bussard (9 ноября 2006 г.). "Должен ли Google Go Nuclear? Чистый, дешевый, Nuclear Power" . Google TechTalks . Архивировано из оригинального 26 апреля 2007 года.
• А. Вениш; Р. Кромп; Д. Рейнбергер (ноябрь 2007 г.). «Наука или фантастика: есть ли будущее у ядерной энергетики?» (PDF) . Австрийский институт экологии .
• М. Кикучи, К. Лакнер и М. К. Тран (2012). Физика термоядерного синтеза . Международное агентство по атомной энергии . п. 22. ISBN 9789201304100.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с ядерным синтезом .

• NuclearFiles.org - хранилище документов, связанных с ядерной энергетикой.
• Аннотированная библиография по ядерному синтезу из Цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос
• Формуляр NRL Fusion

Организации [ править ]

• Сайт Tokamak Energy (Милтон Парк, Абингдон)
• Веб-сайт Fusion for Energy
• Сайт ИТЭР (Международный термоядерный экспериментальный реактор)
• Веб-сайт CCFE (Калемский центр термоядерной энергии)
• Сайт JET (Joint European Torus)
• Сайт Института синтеза Нака при JAEA (Японское агентство по атомной энергии)