Ջերմամիջուկային ռեակցիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Դեյտերիում - տրիտիում ռեակցիայի սխեմա
Դեյտերիում - տրիտիում ռեակցիայի անիմացված պատկեր

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 «Մաքսվելյան 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   + n + 11.3 MeV
(6) 3He + 3He   4He   + 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 4He + 22.4 MeV -
(11) p + 6Li   4He (1.7 MeV) +   3He (2.3 MeV)-
(12) 3He + 6Li 4He   +   p + 16.9 MeV
(13) p + 11B 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։