* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

107 ТЕРМОЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ 108 осуществления эффективного процесса термоядер­ ного синтеза. Дополнительные требования к величине т е м п - р ы п р е д ъ я в л я е т естественное у с л о в и е с а м оп о д д е р я с и в а н и я Т . р . , т . е. п р е в ы ш е н и я я д е р ­ ного энерговыделения н а д потерями энергии (прежде в с е г о , л у ч и с т ы м и ) . В свою о ч е р е д ь , в ы с о к а я т е м п - р а т е р м о я д е р н о й п л а з м ы с о з д а е т п р о б л е м у ее у д е р ж а ­ н и я в о г р а н и ч е н н о м объеме и т е р м о и з о л я ц и и от о к р у ­ ж а ю щ е й (по н е о б х о д и м о с т и более х о л о д н о й ) с р е д ы . В таблице приведены значения выделяемой энергии и максимальные эффективные сечения а (см. Эффективное поперечное сечение) д л я р я д а р е а к ц и й синтеза (р-протон, е+-позитрон, v-нейтрино, у-гаммак в а н т ) . З а в и с и м о с т ь и н т е н с и в н о с т и Т . р . от плотно­ сти проста — это п р я м а я пропорциональность произ­ ведению концентраций реагирующих ядер. Зависи­ мость ее от т е м п - р ы о п р е д е л я е т с я с о о т в е т с т в у ю щ и м у с р е д н е н и е м ф у н к ц и и о(Е) п о р а с п р е д е л е н и ю отно­ с и т е л ь н ы х э н е р г и й Е. Эта т е м п - р н а я з а в и с и м о с т ь , с а м а п о себе в е с ь м а с и л ь н а я , о к а з ы в а е т с я в с е ж е менее р е з к о й , ч е м , н а п р . , т е м п - р н а я з а в и с и м о с т ь т и п и ч ­ н ы х х и м и ч . р е а к ц и й ( п р и ч и н а этого состоит в р а з л и ­ чии форм соответствующих потенциальных барьеров). Поэтому Т. р . интенсивно протекают уже при темп-рах, в д е с я т к и р а з более н и з к и х , ч е м т е м п - р а , о т в е ч а ю щ а я (по ф о р м у л е Е—кТ) высоте б а р ь е р а . м а к с > Реакция* Энерговы­ деление, Мае Энергия н а ­ ° м а к с , ° Р летающей час­ (в области тицы, Мае, энергии отвечающая ^ 1 Мае) ^макс • б н р + р -*• D + е + + v р + D - * Не* + у D + D-vT+ р D + D Не + п ( D + T - * Не* + и Т + D - * Не* + п Т + Т Не* + 2 п D+ Не Не* + р n + Li« -*Не* + Т р + L i ч- 2 Н е * D+ Li" 2Не* 3 7 8 2,2 5,5 4.0 з.з 17,6 17.6 11,3 18,3 4,8 17.3 ^22.4 -10-" (!) 0.16 (при 2 Мае) 0,09 5 5 0,10 0,80 закон а— 1 lv - ю - » 0,026 2,0 _ 1,0 0,10 0,15 1,0 0,45 — 0,25 0,60 * В о всех приведенных является первая слева. реакциях налетающей частицей Т. р . в з в е з д а х играют двоякую роль — к а к о с н о в н о й и с т о ч н и к э н е р г и и з в е з д и к а к м е х а н и з м об­ разования ядер химич. элементов (нуклеогенеза). Д л я м н о г и х з в е з д (в т . ч. С о л н ц а ) г л а в н ы м п р о ц е с с о м т е р м о я д е р н о г о с и н т е з а , о т в е т с т в е н н ы м з а «производ­ ство энергии», я в л я е т с я с г о р а н и е в о д о р о д а в г е л и й , точнее — э к з о э н е р г е т и ч . превращение 4 протонов в я д р о Н е ( а - ч а с т и ц у ) и 2 п о з и т р о н а . Этот к о н е ч н ы й результат может осуществляться двумя путями (Г. Б е т е , 1938—39): 1) в т . н . п р о т о н - п р о т о н н о м , и л и в о д о р о д н о м , ц и к л е ; 2) в т . н . у г л е р о д н о - а з о т н о м , и л и у г л е р о д н о м , ц и к л е . Э т и ц и к л ы о х в а т ы в а ю т , соответ­ ственно, следующие последовательности ядерных реакций: 4 н а 1 г с о л н е ч н о й массы) в с е г о о к . 2 эрг/сек. Это го­ р а з д о м е н ь ш е , н а п р . , с к о р о с т и э н е р г о в ы д е л е н и я в ж»* в о м о р г а н и з м е в п р о ц е с с е обмена в е щ е с т в , а обычная э л е к т р и ч . л а м п о ч к а п о м о щ н о с т и э к в и в а л е н т н а мно­ г и м т о н н а м с о л н е ч н о г о в е щ е с т в а . О д н а к о благодаря колоссальной массе Солнца (2-10 г) полная и з л у ч а е м а я и м м о щ н о с т ь ( 4 - 1 0 em) о г р о м н а — она соответствует ежесекундному уменьшению массы С о л н ц а н а 4,3 м л н . m и д а ж е н и ч т о ж н о й е е доли до­ с т а т о ч н о , чтобы о к а з ы в а т ь р е ш а ю щ е е в л и я н и е на э н е р г е т и ч . б а л а н с земной п о в е р х н о с т и , ж и з н и и т. д. Б л а г о д а р я к о л о с с а л ь н о й массе и р а з м е р а м Солнца и з в е з д в н и х и д е а л ь н о р е ш а е т с я п р о б л е м а удержания (в д а н н о м с л у ч а е — г р а в и т а ц и о н н о г о ) и термоизоля­ ц и и в ы с о к о т е м п - р н о й п л а з м ы : Т . р . п р о т е к а ю т в го­ р я ч е м я д р е з в е з д ы , а т е п л о о т д а ч а п р о и с х о д и т с весьма у д а л е н н о й и г о р а з д о более х о л о д н о й поверхности. Т о л ь к о б л а г о д а р я этому звезды м о г у т эффективно ге­ н е р и р о в а т ь э н е р г и ю в т а к и х к р а й н е м е д л е н н ы х про­ ц е с с а х , к а к в о д о р о д н ы й и у г л е р о д н ы й ц и к л ы . Для и с п о л ь з о в а н и я в з е м н ы х у с л о в и я х э т и п р о ц е с с ы со­ в е р ш е н н о н е п р и г о д н ы (да и н е о с у щ е с т в и м ы , напр. ф у н д а м е н т а л ь н а я р е а к ц и я : p + p - > D + e + v непосред­ ственно вообще не наблюдалась). Т е р м о я д е р н ы е в з р ы в ы — это п о к а един­ с т в е н н ы е о с у щ е с т в л е н н ы е в п р а к т и ч е с к и эффективном м а с ш т а б е и с к у с с т в е н н ы е Т . р . К о л и ч е с т в о энергии, в ы с в о б о ж д а ю щ е е с я п р и в з р ы в е м о щ н о й термоядерной, и л и в о д о р о д н о й , бомбы (•—10 эрг), п р е в ы ш а е т недель­ н у ю в ы р а б о т к у э л е к т р о э н е р г и и во всем м н р е п сравнимо с э н е р г и е й з е м л е т р я с е н и й и у р а г а н о в . П о с к о л ь к у необ­ х о д и м а я д л я п р о т е к а н и я Т . р . темп-ра ( ~ 1 0 ° К ) здесь с о з д а е т с я в з р ы в о м атомного «запала» (Ри п л и L ),кото­ р ы й с а м п о себе п р и в о д и т к б ы с т р о м у р а з л е т у вещества, п р и е м л е м ы л и ш ь н а и б о л е е б ы с т р о п р о т е к а ю щ и е Т . р.— п р е ж д е в с е г о , р е а к ц и я D + T . Это ж е ж е с т к о е огра­ н и ч е н и е д о п у с т и м о г о в р е м е н и р а з в и т и я Т . р . приво­ д и т к т р е б о в а н и ю м а к с и м а л ь н о в о з м о ж н о й плотности т е р м о я д е р н о г о з а р я д а , к - р ы й , с л е д о в а т е л ь н о , дол­ ж е н б ы т ь ж и д к и м и л и т в е р д ы м . Б о л е е удобно исполь­ з о в а т ь и з о т о п ы в о д о р о д а в составе т в е р д ы х химич. с о е д и н е н и й . С р е д и н и х н а и б о л е е ш и р о к о обсуждается в л и т е р а т у р е д е й т е р и д л и т и я L i D ; у я д р а L i очень в е л и к о сечение з а х в а т а н е й т р о н а с о б р а з о в а н и е м Т, к - р ы й з а т е м в с т у п а е т в Т . р . с D. В е р о я т н а я с х е м а р е а к ц и й в т е р м о я д е р н о й бомбе: 83 26 + 24 7 1235 6 6 1Л«+л —9- Н е * + Т + 4,8 Мае Т + D — * Н е + п + 17,6 Мае D + D — * Т + р + 4,0 Мае D + D —*- Н е + п + 3,3 Мае 4 3 (1) (2) (3) (4) 2 Э б 1) р + р —>- D + e + + v ; p + D —>- Н е + у; Н е 2) р + С " —#- N + v ; . N — • G р + с " — • N +Y; P+N * —* O — * N +e++v; p+N —* 1 3 1 8 I 4 1 1 6 4 & 1 6 8 8 1 3 + Н е —>• Не* + 2 р . + e++v; o + v; С + Не*. i S 1 8 8 (в этом ц и к л е я д р о С и г р а е т р о л ь « к а т а л и з а т о р а » ) , В итоге к а ж д ы й и з п р и в е д е н н ы х ц и к л о в с в о д и т с я к п р о п е с с у : 4 р Н е + 2 е + + 2 6 , 7 Мэв. В у с л о в и я х С о л н ц а и менее я р к и х з в е з д в п о л н о м э н е р г о в ы д е л е ­ н и и п р е о б л а д а е т п р о т о н - п р о т о н н ы й , а в более я р к и х звездах — углеродно-азотный цикл. Скорость удельного энерговыделения в типичных •вездных Т. р . я в л я е т с я , п о земным масштабам, нич­ т о ж н о й . Т а к , д л я С о л н ц а о н а с о с т а в л я е т (в среднем 4 1 а Н е й т р о н ы д л я р е а к ц и и (1) п о л у ч а ю т с я в р е з у л ь т а т е д е л е н и я я д е р а т о м н о г о «запала» ( Р и ИЛИ U ) . О с н о в н а я э н е р г в я с и н т е з а в ы д е л я е т с я п р и «быстрых» реакциях (1)~(2). В о д о р о д н у ю б о м б у м о ж н о о к р у ж и т ь о б о л о ч к о й из U и л и T h , к - р ы е д е л я т с я п о д д е й с т в и е м быстрых н е й т р о н о в , в о з н и к а ю щ и х в Т . р . (2) и (4). Это — т . н. б о м б а , о с н о в а н н а я н а р е а к ц и и д е л е н и е — синтез — деление. У п р а в л я е м а я Т . р . , т а к ж е к а к и Т. р. в з р ы в н о г о х а р а к т е р а , м о ж е т и д т и л и ш ь п р и доста­ точно высоких темп-рах, но должна протекать с р а в н и т е л ь н о п л а в н о и д л и т е л ь н о . Отсюда следует необходимость, во-первых, достаточно длительного у д е р ж а н и я т е р м о я д е р н о г о «рабочего вещества» в ог­ р а н и ч е н н о м о б ъ е м е и, в о - в т о р ы х , — э ф ф е к т и в н о й тер­ м о и з о л я ц и и е г о от о к р у ж а ю щ е й с р е д ы . Д л я пробле­ мы у п р а в л я е м о г о термоядерного синтеза могут представить интерес лишь наиболее эффективные Т. p.: D—D и D — Т . Термоядерные реакторы в случае их осуществления имели бы, к а к генераторы энергии, р я д преимуществ 2 3 9 2 3 8 2 3 2