Термоядерная реакция
Термоядерная реакция — это слияние лёгких атомных ядер в более тяжёлое ядро при очень высокой температуре. При таком слиянии может выделяться энергия, потому что энергия связи нуклонов в образовавшемся ядре больше.
Термоядерные реакции являются частным случаем ядерного синтеза. Положительно заряженные ядра отталкиваются друг от друга, поэтому для их сближения нужны огромная температура и давление. При нагревании вещество превращается в плазму, а ядра получают большую кинетическую энергию. Даже тогда реакция происходит только при достаточно частых столкновениях и эффективном удержании плазмы.
Почему выделяется энергия
В реакции синтеза суммарная масса продуктов обычно меньше суммарной массы исходных ядер. Разность масс превращается в энергию. Это связано с увеличением удельной энергии связи; понятие подробнее разобрано на странице удельной энергии связи.
Здесь \(\Delta m\) — дефект массы, а \(c\) — скорость света в вакууме. Если \(\Delta m>0\), энергия выделяется; если \(\Delta m<0\), её нужно затратить.
Одна из наиболее изучаемых реакций: \(^2_1\mathrm{H}+^3_1\mathrm{H}\rightarrow{}^4_2\mathrm{He}+^1_0\mathrm{n}\). Дейтерий и тритий образуют ядро гелия и нейтрон, а часть массы превращается примерно в \(17{,}6\) МэВ энергии.
Термоядерный синтез — не то же самое, что цепная реакция деления. При синтезе лёгкие ядра объединяются, а при делении тяжёлое ядро распадается на более лёгкие части. В обоих случаях энергия связана с изменением массы ядер.
Почему для термоядерной реакции нужна очень высокая температура?
Главное
- Термоядерная реакция — слияние лёгких ядер при очень высокой температуре.
- Энергия выделяется из-за дефекта массы: \(E=\Delta m c^2\).
- В отличие от цепной реакции деления, при синтезе ядра объединяются; для реакции требуется удерживать горячую плазму.