23 (Полностью все 26 лекций в пдф), страница 5

На самом деле в термоядерной реакции участвует небольшое количество ядер, имеющих энергию намного большесредней (т. н. «хвост максвелловского распределения»). Во-вторых, благодаря квантовым эффектам, ядра не обязательно должны иметь энергию, превышающую кулоновский барьер. Еслиих энергия немного меньше барьера, они могут с большой вероятностью туннелировать сквозьнего. Этот же факт туннелирования используется в мюонном катализе реакций ядерного синтеза.Естественными термоядерными реакторами являются звёзды. Нуклеосинтез в астрофизике - процесс синтеза ядер химических элементов тяжелее водорода. Различают первичныйнуклеосинтез, проходивший на начальных стадиях существования Вселенной в процессе Большого Взрыва и звёздный нуклеосинтез.В процессе первичного нуклеосинтеза образуются элементы не тяжелее лития.

Синтезболее тяжёлых ядер происходит в звёздах. Лёгкие ядра (до углерода 12С включительно) могутсинтезироваться в недрах относительно немассивных звёзд. Ядра до железа 56Fe синтезируютсяпутём слияния более лёгких ядер в недрах массивных звёзд, синтез тяжёлых и сверхтяжёлыхядер идёт путём нейтронного захвата в предсверхновых звёздах и при взрывах сверхновых.Применение реакции ядерного синтеза как практически неисчерпаемого источника энергии связано в первую очередь с перспективой освоения технологии управляемого синтеза.

Внастоящее время научная и технологическая база не позволяет использовать УТС в промышленных масштабах.Вместе с тем, неуправляемая термоядерная реакция нашла своё применение в военномделе. Впервые термоядерное взрывное устройство было испытано в ноябре 1952 года в США, ауже в августе 1953 года в Советском Союзе испытали термоядерное взрывное устройство в виде авиабомбы. Мощность термоядерного взрывного устройства (в отличие от атомного) ограничена лишь количеством используемого для его создания материала, что позволяет создаватьвзрывные устройства практически любой мощности.9Управляемый термоядерный синтез (УТС) - синтез более тяжёлых атомных ядер из более лёгких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза(используемого в термоядерных взрывных устройствах), носит управляемый характер.Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетикитем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжёлых ядер получаются более лёгкие ядра.

В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целяхосуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий(3H), а в более отдалённой перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).Управляемый термоядерный синтез может использовать различные виды термоядерныхреакций в зависимости от вида применяемого топлива. Самая легко осуществимая реакция дейтерий + тритий:2H + 3H = 4He + nпри энергетическом выходе 17,6 МэВ. Такая реакция наиболее легко осуществима с точки зрения современных технологий, даёт значительный выход энергии, топливные компоненты дешевы.

Недостаток выход нежелательной нейтронной радиации. Существенно сложнее осуществить реакцию дейтерий + гелий-32H + 3He = 4He +pпри энергетическом выходе 18,4 МэВ. Условия её достижения значительно сложнее. Гелий-3,кроме того, является редким и чрезвычайно дорогим изотопом. В промышленных масштабах внастоящее время не производится. Однако может быть получен из трития, получаемого в своюочередь на атомных электростанциях; или добыт на Луне. Запасы гелия-3 на Земле составляютв атмосфере около 50 000 т и гораздо больше в литосфере, на Луне он находится в значитель-11Семестр 4. Лекция 23.ном количестве: до 10 млн тонн.

В то же время его можно легко получать и на Земле из широкораспространённого в природе лития-6 на существующих ядерных реакторах деления.В настоящее время управляемый термоядерный синтез ещё не осуществлён в промышленных масштабах. Строительство международного экспериментального термоядерного реактора (ITER) находится в начальной стадии.Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) - перспективный ракетный двигатель длякосмических полётов, в котором для создания тяги предполагается использовать истечение продуктов управляемой термоядерной реакции или рабочего тела, нагретого за счёт энергии термоядерной реакции.В настоящее время предложены 2 варианта конструкции ТЯРД:- ТЯРД на основе термоядерного реактора с магнитным удержанием плазмы;- ТЯРД на основе систем инерционного синтеза (импульсный термоядерный реактор).Есть мнение, что ТЯРД на инерциально-импульсном принципе слишком громоздок из-заочень больших циркулирующих в нем мощностей, при худшем, чем у ТЯРД с магнитнымудержанием, удельном импульсе и тяге, что вызвано импульсно-периодическим типом его действия.12.