Ջերմամիջուկային ռեակցիա
Ջերմամիջուկային ռեակցիա (հոմանիշ` սինթեզի միջուկային ռեակցիա), միջուկային ռեակցիայի տեսակ, որի ընթացքում թեթև ատոմային միջուկները միանում են վերածվելով ավելի ծանր միջուկների:
Անվանման ծագումը [խմբագրել]
Որպեսզի առաջանա սինթեզի ռեակցիա, սկզբնական ատոմների միջուկները պետք է հաղթահարեն էլեկտրոստատիկ վանողության ուժը (տես ստորև), իսկ դրա համար նրանք պետք է ունենան մեծ կինետիկ էներգիա: Եթե ենթադրենք, որ միջուկների կինետիկ էներգիան չափվում է նրանց ջերմային շարժմամբ, ապա կարելի է ասել, որ սինթեզի ռեակցիայի համար անհրաժեշտ է մեծ ջերմություն: Այդ պատճառով ռեակցիան կոչվում է «ջերմամիջուկային»:
Կուլոնյան արգելք [խմբագրել]
Ատոմային միջուկները ունեն դրական էլեկտրական լիցք: Մեծ հեռավորության վրա նրանց լիցքերը կարող են էկրանացված լինեն էլէկտրոններով: Սակայն, որպեսզի տեղի ունենա միջուկների միաձուլում նրանք պետք է մոտենան այնպիսի հեռավորության վրա, որի դեպքում սկսում է գործել ուժեղ փոխազդեցությունը: Այդ հեռավորությունը համեմատելի է միջուկների չափերի հետ և շատ անգամ փոքր է ատոմի չափերից: Այդպիսի հեռավորությունների վրա ատոմների էլեկտրոնային պատյանները (նույնիսկ եթե նրանք պահպանվեին) արդեն չեն կարողանում էկրանել միջուկների լիցքերը, և այդ պատճառով նրանց վրա ազդում է ուժեղագույն էլեկտրոստատիկ վանողության ուժ: Այդ վանողության ուժը, ըստ Կուլոնի օրենքի, հակադարձ համեմատական է միջուկների միջև հոռավորության քառակուսուն: Միջուկների չափերին մոտ հեռավորությունների վրա ուժեղ փոխազդեցության մեծությունը, որը ձգտում է նրանց միաձուլել, սկսում է արագ աճել և դառնում է ավելի մեծ քան կուլոնյան վանողականության մեծությունը:
Այսպիսով, որպեսզի միջուկները մտնեն ռեակցիայի մեջ նրանք պետք է հաղթահարեն պոտենցիալ արգելքը. Օրինակ, դեյտերիում-տրիտիում ռեակցիայի համար այդ արգելքի մեծությունը կազմում է մոտ 0,1 ՄէՎ: Համեմատության համար, ջրածնի իոնիզացիայի էներգիան կազմում է — 13 էՎ: Այդ պատճառով նյութը, որը մասնակցում է ջերմամիջուկային ռեակցիային իրենից ներկայացնում է գործնականորեն ամբբողջությամբ իոնիզացված պլազմա:
Եթե փոխանցենք 0,1 ՄէՎ-ն ջերմաստիճանի, ապա կստացվի մոտ 109 Կ: Սակայն կան երկու էֆեկտ, որոնք իջեցնում են ջերմամիջուկային ռեակցիայի ջերմաստիճանը: Առաջինը, ջերմաստիճանը բնութագրում է միայն միջին կինետիկ էներգիան, կան մասնիկներ ինչպես ավելի փոքր էներգիայով, այնպես էլ մեծ էներգիայով: Իրականում ջերմամիջուկային ռեակցիայում մասնակցում են ոչ շատ քանակով միջուկներ, որոնք ունեն միջինից ավելի բարձր էներգիա (այսպես կոչված «Մակսվելյան բաշխման պոչը»): Եվ երկրորդը, քվանտային էֆեկտների շնորհիվ, պարտադիր չէ, որ միջուկները ունենան կուլոնյան արգելքը գերազանցող էներգիա: Եթե նրանց էներգիան մի փոքր ավելի փոքր է արգելքից նրանք մեծ հավանականությամբ կարող են թափանցել նրա միջով: Այս թափանցման փաստն էլ օգտագործվում է միջուկային սինթեզի ռեակցիաների մյուոնային կատալիզի մեջ:
| (1) | D | + | T | → | 4He | (3.5 MeV) | + | n | (14.1 MeV) | |||||||
| (2) | D | + | D | → | T | (1.01 MeV) | + | p | (3.02 MeV) | (50 %) | ||||||
| (3) | → | 3He | (0.82 MeV) | + | n | (2.45 MeV) | (50 %) | |||||||||
| (4) | D | + | 3He | → | 4He | (3.6 MeV) | + | p | (14.7 MeV) | |||||||
| (5) | T | + | T | → | 4}}He | + | 2 | n | + 11.3 MeV | |||||||
| (6) | 3He | + | 3He | → | 4He | + | 2 | p | ||||||||
| (7) | 3He | + | T | → | 4He | + | p | + | n | + 12.1 MeV | (51 %) | |||||
| (8) | → | 4He | (4.8 MeV) | + | D | (9.5 MeV) | (43 %) | |||||||||
| (9) | → | 4He | (0.5 MeV) | + | n | (1.9 MeV) | + | p | (11.9 MeV) | (6 %) | ||||||
| (10) | D | + | 6Li | → | 2 | 4He | + 22.4 MeV - | |||||||||
| (11) | p | + | 6Li | → | 4He | (1.7 MeV) | + | 3He | (2.3 MeV)- | |||||||
| (12) | 3He | + | 6Li | → | 2 | 4He | + | p | + 16.9 MeV | |||||||
| (13) | p | + | 11B | → | 3 | 4He | + 8.7 MeV |
Կիրառումը [խմբագրել]
Միջուկային սինթեզի ռեակցիաների օգտագործումը, որպես գործնականորեն անսպառ էներգիայի աղբյուր, կապված է առաջին հերթին կառավարվող ջերմամիջուկային ռեակցիայի տեխնոլոգիայի նախագծման հետ: Այս պահին գիտական և տեխնոլոգիական հնարավորությունները չեն թույլ տալիս օգտագործել կառավարվող ջերմամիջուկային ռեակցիան արտադրական ծավալներով:
Դրա հետ մեկտեղ, չկառավարվող ջերմամիջուկային ռեակցիան իր տեղն է գտել ռազմական գործում: Առաջին ջերմամիջուկային պայթուցիկ սարքը փորձարկվել է 1952 թվականի նոյեմբերին ԱՄՆ-ում, իսկ արդեն 1953 թվականի օգոստոսին Սովետական Միությունում փորձարկվեց այսպիսի սարք ավիացիոն ռումբի տեսքով: Ջերմամիջուկային պայթուցիկ սարքի հզորությունը (ատոմայինի համեմատ) սահմանափակված է միայն իր ստեղծման համար օգտագործված նյութի քանակով, ինչը թույլ է տալիս ստեղծել գործնականորեն ցանկացած հզորության պայթուցիկ սարքեր:
