RIA News

A napon végbemenő termonukleáris reakciók

(Ter. Inc. N03-02, 2002. 01. 18.) Vadim Pribytkov elméleti fizikus, a Terra Incognita állandó tudósítója. A tudósok jól tudják, hogy a Napon végbemenő termonukleáris reakciók általában magukban foglalják a hidrogén héliummá és nehezebb elemmé történő átalakulását. De nincs teljes egyértelműség, hogy ezek az átalakulások hogyan mennek végbe, vagy inkább teljes kétértelműség uralkodik: a legfontosabb kezdeti láncszem hiányzik. Ezért egy fantasztikus reakciót találtak ki, két protont deutériummá egyesítve egy pozitron és neutrínó felszabadulásával. Egy ilyen reakció azonban valójában lehetetlen, mert a protonok között erőteljes taszító erők hatnak. ---- Mi történik valójában a Napon? Az első reakció a deutérium keletkezése, amelynek képződése nagy nyomáson, alacsony hőmérsékletű plazmában, két hidrogénatom szoros összekapcsolódása során megy végbe. Ebben az esetben két hidrogénmag rövid időre szinte a közelben találja magát, és képes befogni az egyik...

(Ter. Inc. N03-02, 2002.01.18.)

Vadim Pribytkov elméleti fizikus, a Terra Incognita rendszeres tudósítója.

A tudósok jól tudják, hogy a Napon végbemenő termonukleáris reakciók általában magukban foglalják a hidrogén héliummá és nehezebb elemmé történő átalakulását. De nincs teljes egyértelműség, hogy ezek az átalakulások hogyan mennek végbe, vagy inkább teljes kétértelműség uralkodik: a legfontosabb kezdeti láncszem hiányzik. Ezért egy fantasztikus reakciót találtak ki, két protont deutériummá egyesítve egy pozitron és neutrínó felszabadulásával. Egy ilyen reakció azonban valójában lehetetlen, mert a protonok között erőteljes taszító erők hatnak.

Mi történik valójában a Napon?

Hasonló reakció történhet más körülmények között is, amikor protont viszünk be egy hidrogénatomba. Ebben az esetben egy orbitális elektron befogása (K-befogás) is megtörténik.

Végül előfordulhat ilyen reakció, amikor két proton rövid időre összeér, együttes erejük elegendő egy áthaladó elektron befogására és deutérium képzésére. Minden a plazma vagy gáz hőmérsékletétől függ, amelyben ezek a reakciók végbemennek. Ebben az esetben 1,4 MeV energia szabadul fel.

A deutérium az alapja a következő reakcióciklusnak, amikor két deutériummag tríciumot képez proton felszabadulásával, vagy hélium-3 neutron felszabadulásával. Mindkét reakció egyformán valószínű és jól ismert.

Ezt követik a trícium deutériummal, trícium tríciummal, hélium-3 deutériummal, hélium-3 tríciummal, hélium-3 hélium-3 kombinálásának reakciói hélium-4 képződésével. Ebben az esetben nagyobb számú proton és neutron szabadul fel. A neutronokat a hélium-3 atommagok és minden olyan elem rögzíti, amely deutériumkötéssel rendelkezik.

Ezeket a reakciókat az is megerősíti, hogy a napszél részeként hatalmas számú nagy energiájú proton lök ki a Napból. Mindezen reakciókban az a legfigyelemreméltóbb, hogy nem termelnek sem pozitront, sem neutrínót. Amikor minden reakció lezajlik, energia szabadul fel.

A természetben minden sokkal egyszerűbben történik.

Továbbá a deutérium, trícium, hélium-3 és hélium-4 magjaiból összetettebb elemek kezdenek kialakulni. Az egész titok az, hogy a hélium-4 magok nem tudnak közvetlenül kapcsolódni egymással, mert taszítják egymást. Kapcsolatuk deutérium és trícium kötéseken keresztül történik. A hivatalos tudomány is teljesen figyelmen kívül hagyja ezt a pontot, és a hélium-4 magokat egy kupacba csomózza, ami lehetetlen.

A hivatalos hidrogénciklushoz hasonlóan fantasztikus a G. Bethe által 1939-ben feltalált úgynevezett szénciklus, amelynek során négy protonból hélium-4 képződik, és állítólag pozitronok és neutrínók is felszabadulnak.

A természetben minden sokkal egyszerűbben történik. A természet nem talál fel új részecskéket, mint a teoretikusok, hanem csak azokat használja, amelyekkel rendelkezik. Amint látjuk, az elemek képződése egy elektron két protonnal történő hozzáadásával kezdődik (az úgynevezett K-befogás), ami deutériumot eredményez. A K-capture az egyetlen módszer a neutronok létrehozására, és széles körben alkalmazzák az összes többi bonyolultabb atommagnál. A kvantummechanika tagadja az elektronok jelenlétét az atommagban, de elektronok nélkül lehetetlen atommagot építeni.

A harmincas évek óta az asztrofizikusoknak nem volt kétsége afelől, hogy a könnyű elemekben végbemenő magreakciók közül egyedül a hidrogénből hélium képződése képes fenntartani a spektrum-fényesség diagramon szereplő fősorozatú csillagok sugárzását kellően hosszú ideig és energetikailag. . Más reakciók vagy túl rövid ideig tartanak (természetesen kozmikus léptékben!), vagy túl kevés energiát termelnek.

A négy hidrogénmag héliummaggá való közvetlen egyesítése azonban lehetetlennek bizonyult: a csillagok mélyén a hidrogén héliummá történő átalakulásának „körút” kell lennie.

Az első mód az első két hidrogénatom egymás utáni összekapcsolásából áll, majd hozzáadunk hozzájuk egy harmadikat stb.

A második módszer a hidrogén héliummá alakítása a nitrogén és különösen a szénatomok „segítségével”.

Bár az első út egyszerűbbnek tűnik, hosszú ideig nem kapott „kellő tiszteletet”, és az asztrofizikusok úgy vélték, hogy a csillagok energiával tápláló fő reakciója a második út - a „szénciklus”.

A héliummag felépítéséhez négy protonra van szükség, amelyek önmagukban soha nem akarnának alfa-részecskévé alakulni, ha a szén nem segítene rajtuk.

E reakciók láncolatában a szén szükségszerû cinkosként és mintegy szervezõként játszik szerepet. A kémiai reakciókban is vannak ilyen cinkosok, az úgynevezett katalizátorok.

A hélium építésekor az energia nemcsak hogy nem megy kárba, hanem éppen ellenkezőleg, felszabadul. Az átalakulások láncolatát ugyanis három γ-kvantum és két pozitron felszabadulása kísérte, amelyek szintén γ-sugárzássá változtak. A mérleg: 10 -5 (4·1,00758-4,00390) =0,02642·10 -5 atomtömeg-egység.

Az ehhez a tömeghez kapcsolódó energia a csillag beleiben szabadul fel, lassan felszivárog a felszínre, majd kisugárzik a világűrbe. A héliumgyár folyamatosan működik a csillagokban, amíg el nem fogy az alapanyag, vagyis a hidrogén. Megmondjuk, mi történik ezután.

A szén katalizátorként a végtelenségig kitart.

20 millió fok körüli hőmérsékleten a szénciklus reakciói a hőmérséklet 17. hatványával arányosak! A csillag középpontjától bizonyos távolságra, ahol a hőmérséklet mindössze 10%-kal alacsonyabb, az energiatermelés 5-szörösére, ahol másfélszeresére, ott 800-szorosára csökken! Ezért a központi, legforróbb régiótól nem messze a hidrogén hatására hélium képződés nem következik be. A hidrogén többi része héliummá alakul, miután a gázok keveredése a „gyári” területre - a csillag közepébe - juttatja.

Az ötvenes évek elején kiderült, hogy 20 millió fokos hőmérsékleten, alacsonyabb hőmérsékleten még inkább a proton-proton reakció még hatékonyabb, ami hidrogénvesztéshez és hélium képződéshez is vezet. Valószínűleg az átalakulások ilyen láncolatában fordul elő.

Két proton ütközése után egy pozitront és egy fénykvantumot bocsát ki, 2 relatív atomtömegű nehéz hidrogénizotóppá alakulva. Ez utóbbi egy másik protonnal való egyesülés után a hidrogén könnyű izotópjának atomjává alakul. relatív atomtömege 2. Ez utóbbi egy másik protonnal való egyesülés után a hélium 3 relatív atomtömegű izotópját könnyű atommá alakítja, és a tömegtöbbletet sugárzás formájában bocsátja ki. Ha elegendő ilyen könnyű hélium atom halmozódott fel, akkor az atommagjaik ütközéskor egy normál hélium atomot alkotnak, amelynek relatív atomtömege 4, és két proton is van energiakvantummal. Tehát ebben a folyamatban három proton veszett el és kettő keletkezett - egy proton elveszett, de energia háromszor bocsátott ki.

Nyilvánvalóan a Nap és a hűvösebb fősorozatú csillagok a fényesség-spektrum diagramban ebből a forrásból nyernek energiát.

Ha az összes hidrogént héliummá alakították, a csillag továbbra is létezhet, ha a héliumot nehezebb elemekké alakítja. Például a következő folyamatok lehetségesek:

4 2 He + 4 2 He → 8 4 Be + sugárzás,
4 2 He + 8 4 Be → 12 6 C + sugárzás.

Egy hélium részecske 8-szor kisebb energiát ad, mint amit ugyanaz a részecske a fent leírt szénciklusban ad.

A közelmúltban a fizikusok azt találták, hogy egyes csillagokban a fizikai viszonyok lehetővé teszik még nehezebb elemek, például a vas felbukkanását, és a keletkező elemek arányát a természetben talált elemek mennyiségének megfelelően számítják ki.

Az óriáscsillagok tömegegységenkénti átlagos energiakibocsátása sokkal nagyobb, mint a Napé. A vörös óriáscsillagok energiaforrásairól azonban még mindig nincs általánosan elfogadott álláspont. A bennük lévő energiaforrások és szerkezetük még nem világos számunkra, de úgy tűnik, hamarosan ismertté válnak. V.V. számításai szerint. A Sobolev vörös óriások szerkezete megegyezik a forró óriásokkal, és ugyanazok az energiaforrások. De hatalmas, vékony és hideg légkör veszi körül őket, ami „hideg óriások” megjelenését kelti.

Egyes nehézatomok magjai a csillagok belsejében könnyebb atomok kombinálásával, bizonyos körülmények között akár a légkörükben is kialakulhatnak.

Ahhoz, hogy megértsük a termonukleáris fúzióval kapcsolatos elképzelések születési folyamatát és fejlődését a Napon, ismerni kell az emberi elképzelések történetét a folyamat megértésére vonatkozóan. Számos megoldhatatlan elméleti és technológiai probléma merül fel egy szabályozott termonukleáris reaktor létrehozásában, amelyben a termonukleáris fúzió szabályozásának folyamata megtörténik. Sok tudós, és különösen a tudományos tisztviselők nem ismerik ennek a kérdésnek a történetét.

A termonukleáris reaktorok megalkotóinak helytelen cselekedeteihez az volt a tudatlanság, hogy az emberiség hogyan értette meg a Napon a termonukleáris fúzióval kapcsolatos történetét, és nem értette meg. Ezt bizonyítja az irányított termonukleáris reaktor létrehozásának hatvanéves kudarca, valamint az, hogy sok fejlett ország óriási pénzeket pazarolt el. A legfontosabb és megdönthetetlen bizonyíték: 60 éve nem hoztak létre szabályozott termonukleáris reaktort. Sőt, a médiában ismert tudományos szaktekintélyek egy irányított termonukleáris reaktor (CTR) létrehozását ígérik 30...40 éven belül.

2. Occam borotvája

Az „Occam’s Razor” egy módszertani elv, amelyet Vilmos angol ferences szerzetesről és nominalista filozófusról neveztek el. Leegyszerűsített formában ez áll: „Ne szaporítsd meg a meglévő dolgokat szükség nélkül” (vagy „Ne vonzzon új entitásokat, hacsak nem feltétlenül szükséges”). Ez az elv képezi az alapját a módszertani redukcionizmusnak, amelyet a takarékosság elvének vagy a gazdaságosság törvényének is neveznek. Néha az elv a következő szavakkal fejeződik ki: „Amit a kisebbel meg lehet magyarázni, azt a nagyobb ne fejezze ki.”

A modern tudományban az Occam's Razor általában egy általánosabb elvre utal, amely kimondja, hogy ha egy jelenségnek több logikailag következetes definíciója vagy magyarázata van, akkor a legegyszerűbbet kell helyesnek tekinteni.

Az alapelv tartalma leegyszerűsíthető a következőre: nincs szükség bonyolult törvények bevezetésére egy jelenség magyarázatához, ha ez a jelenség egyszerű törvényekkel magyarázható. Most ez az elv a tudományos kritikai gondolkodás hatékony eszköze. Occam maga fogalmazta meg ezt az elvet Isten létezésének megerősítéseként. Számukra szerinte minden határozottan megmagyarázható anélkül, hogy bármi újat vezetne be.

Az információelmélet nyelvén újrafogalmazott Occam Borotva-elve kimondja, hogy a legpontosabb üzenet a minimális hosszúságú üzenet.

Albert Einstein a következőképpen fogalmazta meg az Occam's Razor elvét: "Mindent le kell egyszerűsíteni, amennyire csak lehetséges, de nem többet."

3. A termonukleáris fúzió emberiség általi megértésének és bemutatásának kezdetéről a Napon

Sokáig a Föld minden lakója megértette, hogy a Nap felmelegíti a Földet, de a napenergia forrásai mindenki számára tisztázatlanok maradtak. 1848-ban Robert Mayer felállította azt a meteorit-hipotézist, amely szerint a Napot meteoritok általi bombázás melegíti fel. Ilyen szükséges számú meteorit mellett azonban a Föld is erősen felmelegedne; ráadásul a föld geológiai rétegei főleg meteoritokból állnának; végül a Nap tömegének növekednie kellett, és ez hatással lesz a bolygók mozgására.

Ezért a 19. század második felében sok kutató a Helmholtz (1853) és Lord Kelvin által kidolgozott legvalószínűbb elméletnek tartotta, akik azt javasolták, hogy a Nap a lassú gravitációs kompresszió miatt melegszik fel („Kelvin-Helmholtz mechanizmus”). Az ezen a mechanizmuson alapuló számítások a Nap maximális korát 20 millió évre becsülték, és azt az időt, amely után a Nap nem haladja meg a 15 milliót. Ez a hipotézis azonban ellentmond a kőzetek korára vonatkozó geológiai adatoknak sokkal magasabb számok. Például Charles Darwin megjegyezte, hogy a vendai lelőhelyek eróziója legalább 300 millió évig folytatódott. A Brockhaus és Efron enciklopédiája azonban a gravitációs modellt tartja az egyetlen elfogadhatónak.

Csak a 20. században találták meg a „helyes” megoldást erre a problémára. Rutherford eredetileg azt feltételezte, hogy a Nap belső energiájának forrása a radioaktív bomlás. 1920-ban Arthur Eddington felvetette, hogy a Nap belsejében a nyomás és a hőmérséklet olyan magas, hogy ott termonukleáris reakciók léphetnek fel, amelyek során a hidrogénatommagok (protonok) hélium-4 atommaggá egyesülnek. Mivel az utóbbi tömege kisebb, mint négy szabad proton tömegének összege, ezért a tömeg egy része ebben a reakcióban az Einstein-képlet szerint E = mc 2, energiává alakul. Azt a tényt, hogy a hidrogén túlsúlyban van a Nap összetételében, 1925-ben Cecilia Payne is megerősítette.

A magfúzió elméletét Chandrasekhar és Hans Bethe asztrofizikusok dolgozták ki az 1930-as években. Bethe részletesen kiszámította a két fő termonukleáris reakciót, amelyek a napenergia forrásai. Végül 1957-ben jelent meg Margaret Burbridge „Synthesis of Elements in Stars” című munkája, amelyben kimutatták és felvetették, hogy az Univerzumban a legtöbb elem a csillagokban végbemenő nukleoszintézis eredményeként keletkezett.

4. A Nap űrkutatása

Eddington első csillagászi munkái a csillagok mozgásának és a csillagrendszerek felépítésének tanulmányozásával kapcsolatosak voltak. De fő érdeme, hogy megalkotta a csillagok belső szerkezetének elméletét. A jelenségek fizikai lényegébe való mély behatolás és az összetett matematikai számítások módszereinek elsajátítása lehetővé tette Eddington számára, hogy számos alapvető eredményt érjen el az asztrofizika olyan területein, mint a csillagok belső szerkezete, a csillagközi anyag állapota, a csillagok mozgása és eloszlása. a Galaxisban.

Eddington kiszámította néhány vörös óriáscsillag átmérőjét, és meghatározta a Szíriusz csillag törpe műholdjának sűrűségét - szokatlanul nagynak bizonyult. Eddington munkája a csillagok sűrűségének meghatározására lendületet adott a szupersűrű (degenerált) gáz fizikájának fejlődéséhez. Eddington jó tolmácsa volt Einstein általános relativitáselméletének. Elvégezte az első kísérleti tesztet az elmélet által megjósolt hatások közül: a fénysugarak eltérítését egy hatalmas csillag gravitációs mezőjében. Ezt egy 1919-es teljes napfogyatkozás során sikerült megtennie. Eddington más tudósokkal együtt lefektette a csillagok szerkezetére vonatkozó modern ismeretek alapjait.

5. Termonukleáris fúzió - égés!?

Vizuálisan mi a termonukleáris fúzió? Alapvetően az égés. De világos, hogy ez egy nagyon nagy teljesítményű égés egységnyi tértérfogatban. És nyilvánvaló, hogy ez nem oxidációs folyamat. Itt az égési folyamatban más elemek is részt vesznek, amelyek szintén égnek, de speciális fizikai körülmények között.

Emlékezzünk az égésre.

A kémiai égetés egy összetett fizikai és kémiai folyamat, amelynek során az éghető keverék összetevőit égéstermékekké alakítják hősugárzás, fény és sugárzó energia felszabadulásával.

A kémiai égést többféle égéstípusra osztják.

A szubszonikus égés (deflagráció), a robbanástól és detonációtól eltérően, alacsony sebességgel történik, és nem jár lökéshullám kialakulásával. A szubszonikus égés a normál lamináris és turbulens lángterjedést, míg a szuperszonikus égés a detonációt foglalja magában.

Az égés termikusra és láncra oszlik. A termikus égés egy kémiai reakción alapul, amely a felszabaduló hő felhalmozódása miatt fokozatosan öngyorsulhat. A láncégetés egyes gázfázisú reakciókban alacsony nyomáson megy végbe.

A termikus öngyorsulás feltételei minden kellően nagy hőhatású és aktiválási energiájú reakciónál biztosíthatók.

Az égés megindulhat spontán módon öngyulladás eredményeként, vagy megindulhat gyulladással. Rögzített külső körülmények között folyamatos égés történhet álló üzemmódban, amikor a folyamat fő jellemzői - reakciósebesség, hőleadási teljesítmény, hőmérséklet és a termékek összetétele - időben nem változnak, vagy periodikus üzemmódban, amikor ezek a jellemzők átlagos értékeik körül ingadoznak. A reakciósebesség hőmérséklettől való erős nemlineáris függése miatt az égés rendkívül érzékeny a külső körülményekre. Ugyanez az égési tulajdonság határozza meg több stacionárius üzemmód létezését azonos feltételek mellett (hiszterézis hatás).

Van térfogati égés, mindenki számára ismert, és gyakran használják a mindennapi életben.

Diffúziós égés. Jellemzője az üzemanyag és az oxidálószer külön betáplálása az égési zónába. A komponensek keveredése az égési zónában történik. Példa: hidrogén és oxigén elégetése rakétahajtóműben.

Előkevert közeg elégetése. Ahogy a neve is sugallja, az égés olyan keverékben megy végbe, amelyben mind az üzemanyag, mind az oxidálószer jelen van. Példa: benzin-levegő keverék elégetése egy belső égésű motor hengerében, miután a folyamatot gyújtógyertyával inicializálták.

Lángmentes égés. A hagyományos égéstől eltérően, amikor oxidáló láng és redukáló láng zónáit figyeljük meg, lehetőség nyílik a lángmentes égés feltételeinek megteremtésére. Ilyen például a szerves anyagok katalitikus oxidációja megfelelő katalizátor felületén, például etanol oxidációja platinafeketén.

Parázsló. Az égés olyan típusa, amelyben nem képződik láng, és az égési zóna lassan szétterül az anyagban. A parázslás általában olyan porózus vagy rostos anyagokban fordul elő, amelyek magas levegőtartalmúak vagy oxidálószerekkel impregnáltak.

Autogén égés.Önfenntartó égés. A kifejezést a hulladékégetési technológiákban használják. A hulladék autogén (önfenntartó) elégetésének lehetőségét a ballasztképző komponensek maximális tartalma: nedvesség és hamu határozza meg.

A láng a tér olyan része, amelyben az égés gázfázisban megy végbe, látható és (vagy) infravörös sugárzás kíséretében.

A szokásos láng, amelyet gyertya, öngyújtó vagy gyufa égésekor megfigyelünk, forró gázok áramlása, amely a Föld gravitációs ereje miatt függőlegesen megnyúlik (a forró gázok hajlamosak felfelé emelkedni).

6. Modern fizikai és kémiai elképzelések a Napról

Főbb jellemzők:

A fotoszféra összetétele:

A Nap Naprendszerünk központi és egyetlen csillaga, amely körül a rendszer további objektumai keringenek: bolygók és műholdaik, törpebolygók és műholdaik, aszteroidák, meteoroidok, üstökösök és kozmikus por. A Nap tömege (elméletileg) a teljes Naprendszer teljes tömegének 99,8%-a. A napsugárzás támogatja az életet a Földön (a fotonokra van szükség a fotoszintézis folyamatának kezdeti szakaszában), és meghatározza az éghajlatot.

A spektrális besorolás szerint a Nap a G2V típusba („sárga törpe”) tartozik. A Nap felszíni hőmérséklete eléri a 6000 K-t, így a Nap szinte fehér fénnyel süt, de a spektrum rövidhullámú részének a Föld légköre általi erősebb szórása és elnyelése miatt a Nap közvetlen fénye a felszínen. bolygónk bizonyos sárga árnyalatot kap.

A napspektrum ionizált és semleges fémek sorait, valamint ionizált hidrogént tartalmaz. A Tejútrendszer galaxisunkban körülbelül 100 millió G2 csillag található. Sőt, galaxisunkban a csillagok 85%-a a Napnál kevésbé fényes csillag (legtöbbjük vörös törpe, amelyek evolúciós ciklusuk végén járnak). A többi csillagsorozathoz hasonlóan a Nap is termonukleáris fúzió révén termel energiát.

A Nap sugárzása a fő energiaforrás a Földön. Erősségét a napállandó jellemzi - a napsugárzásra merőleges egységnyi területen áthaladó energia mennyisége. Egy csillagászati egységnyi távolságban (azaz a Föld pályáján) ez az állandó körülbelül 1370 W/m2.

A Föld légkörén áthaladva a napsugárzás körülbelül 370 W/m2 energiát veszít, és csak 1000 W/m2 éri el a földfelszínt (tiszta időben és amikor a Nap a zenitjén van). Ez az energia különféle természetes és mesterséges folyamatokban hasznosítható. Így a növények fotoszintézis segítségével kémiai formává (oxigén és szerves vegyületek) dolgozzák fel. A napsugárzás általi közvetlen fűtés vagy a fotocellák segítségével történő energiaátalakítás felhasználható elektromos áram előállítására (naperőművek) vagy egyéb hasznos munkák elvégzésére. A távoli múltban az olajban és más típusú fosszilis tüzelőanyagokban tárolt energiát is fotoszintézissel nyerték.

A Nap mágnesesen aktív csillag. Erős mágneses tere van, amelynek erőssége idővel változik, és körülbelül 11 évente változtat irányt a napenergia maximuma idején. A Nap mágneses mezejének változásai sokféle hatást váltanak ki, amelyek összességét naptevékenységnek nevezik, és olyan jelenségeket foglal magában, mint a napfoltok, napkitörések, a napszél változásai stb., a Földön pedig magas, ill. középső szélességek és geomágneses viharok, amelyek negatívan befolyásolják a kommunikáció, az elektromos áram átvitelének működését, valamint az élő szervezeteket is, fejfájást és rossz egészségi állapotot okozva az emberekben (mágneses viharokra érzékenyek). A Nap a harmadik generáció (I. populáció) fiatal csillaga, magas fémtartalommal, vagyis az első és a második generáció (III. és II. populáció) csillagainak maradványaiból jött létre.

A Nap jelenlegi kora (pontosabban létezésének ideje a fő sorozaton), a csillagfejlődés számítógépes modelljei alapján becsülve, körülbelül 4,57 milliárd év.

A Nap életciklusa. Feltételezik, hogy a Nap körülbelül 4,59 milliárd évvel ezelőtt keletkezett, amikor egy molekuláris hidrogénfelhő gyors gravitációs összenyomása egy 1-es T típusú Tauri-csillag kialakulásához vezetett Galaxisunk régiójában.

A Naphoz hasonló tömegű csillagnak összesen körülbelül 10 milliárd évig léteznie kell a fő sorozatban. Így a Nap jelenleg körülbelül életciklusa közepén jár. Jelenleg a napmagban termonukleáris reakciók mennek végbe, amelyek során a hidrogént héliummá alakítják. A Nap magjában minden másodpercben körülbelül 4 millió tonna anyag alakul át sugárzó energiává, ami napsugárzást és napneutrínó-áramlást eredményez.

7. Az emberiség elméleti elképzelései a Nap belső és külső szerkezetéről

A Nap középpontjában a napmag található. A fotoszféra a Nap látható felülete, amely a sugárzás fő forrása. A napot egy napkorona veszi körül, amelynek nagyon magas a hőmérséklete, de rendkívül ritka, ezért szabad szemmel csak a teljes napfogyatkozás időszakában látható.

A Nap körülbelül 150 000 kilométer sugarú központi részét, ahol termonukleáris reakciók mennek végbe, napmagnak nevezzük. Az anyag sűrűsége a magban körülbelül 150 000 kg/m 3 (150-szer nagyobb, mint a víz sűrűsége, és ≈6,6-szor nagyobb, mint a Föld legnehezebb fémének - az ozmiumnak) a sűrűsége, és a hőmérséklet a mag közepén. magja több mint 14 millió fok. A SOHO-misszió által végzett adatok elméleti elemzése kimutatta, hogy a magban a Nap tengelye körüli forgási sebessége sokkal nagyobb, mint a felszínen. Az atommagban proton-proton termonukleáris reakció megy végbe, melynek eredményeként négy protonból hélium-4 keletkezik. Ugyanakkor másodpercenként 4,26 millió tonna anyag alakul át energiává, de ez az érték a Nap - 2·10 27 tonna - tömegéhez képest elenyésző.

A mag felett, a középpontjától kb. 0,2...0,7 napsugárnyi távolságra van egy sugárzási átviteli zóna, amelyben a fotonok „újraemissziója” segítségével nincs makroszkopikus mozgás.

A Nap konvektív zónája. A Nap felszínéhez közelebb a plazma örvénykeverése megy végbe, és az energia felszínre való átvitele elsősorban magának az anyagnak a mozgásával valósul meg. Ezt az energiaátviteli módot konvekciónak nevezik, a Nap felszín alatti, körülbelül 200 000 km vastag rétegét pedig, ahol előfordul, konvektív zónának nevezzük. A mai adatok szerint kiemelkedően nagy a szerepe a szoláris folyamatok fizikájában, hiszen benne keletkeznek a napanyag különböző mozgásai és a mágneses mezők.

A Nap légköre A fotoszféra (a fényt kibocsátó réteg) eléri a ≈320 km vastagságot, és a Nap látható felületét alkotja. A Nap optikai (látható) sugárzásának nagy része a fotoszférából származik, de a mélyebb rétegekből érkező sugárzás már nem éri el. A fotoszféra hőmérséklete átlagosan eléri az 5800 K-t. Itt az átlagos gázsűrűség kisebb, mint a földi levegő sűrűségének 1/1000-e, és a hőmérséklet 4800 K-re csökken, ahogy közeledik a fotoszféra külső széléhez ilyen körülmények között szinte teljesen semleges marad. A fotoszféra alkotja a Nap látható felületét, amelyből meghatározzák a Nap méretét, a Nap felszínétől való távolságát stb. A kromoszféra a Nap mintegy 10 000 km vastag külső héja, amely körülveszi a fotoszférát. A naplégkör ezen részének nevének eredete a vöröses színhez kapcsolódik, ami abból adódik, hogy látható spektrumát a hidrogénemisszió vörös H-alfa vonala uralja. A kromoszféra felső határának nincs kimondottan sima felülete, állandóan spiculáknak nevezett forró kibocsátások lépnek fel belőle (ezért a 19. század végén Secchi olasz csillagász a kromoszférát távcsővel figyelve hasonlította össze; égő prérik). A kromoszféra hőmérséklete a magassággal 4000 fokról 15 000 fokra nő.

A kromoszféra sűrűsége alacsony, ezért fényereje nem elegendő a normál körülmények közötti megfigyeléshez. De egy teljes napfogyatkozás során, amikor a Hold lefedi a fényes fotoszférát, a felette található kromoszféra láthatóvá válik és vörösen világít. Speciális keskeny sávú optikai szűrők segítségével bármikor megfigyelhető.

A korona a Nap utolsó külső héja. Nagyon magas, 600 000-2 000 000 fokos hőmérséklete ellenére szabad szemmel csak teljes napfogyatkozáskor látható, mivel a koronában alacsony az anyagsűrűség, így a fényereje is. Ennek a rétegnek a szokatlanul intenzív felmelegedését nyilvánvalóan a mágneses hatás és a lökéshullámok hatása okozza. A korona alakja a naptevékenységi ciklus fázisától függően változik: a maximális aktivitás időszakában kerek alakú, és minimum megnyúlik a napegyenlítő mentén. Mivel a korona hőmérséklete nagyon magas, intenzív sugárzást bocsát ki ultraibolya és röntgen tartományban. Ezek a sugárzások nem haladnak át a föld légkörén, de az utóbbi időben lehetővé vált űrhajók segítségével történő tanulmányozásuk. A sugárzás a korona különböző területein egyenetlenül történik. Vannak forró aktív és csendes régiók, valamint viszonylag alacsony, 600 000 fokos koronális lyukak, amelyekből mágneses erővonalak nyúlnak ki az űrbe. Ez a („nyitott”) mágneses konfiguráció lehetővé teszi, hogy a részecskék akadálytalanul kiszabaduljanak a Napból, így a napszél „leginkább” a koronalyukakból indul ki.

A napszél a napkorona külső részéből áramlik - ionizált részecskék (főleg protonok, elektronok és α-részecskék) áramlása, amelynek sebessége 300...1200 km/s és terjed, fokozatosan csökkenve. sűrűségig, a helioszféra határáig.

Mivel a napplazma meglehetősen nagy elektromos vezetőképességgel rendelkezik, elektromos áramok és ennek eredményeként mágneses mezők keletkezhetnek benne.

8. A termonukleáris fúzió elméleti problémái a Napon

A napneutrínók problémája. A Nap magjában lezajló nukleáris reakciók nagyszámú elektronneutrínó kialakulásához vezetnek. Ugyanakkor az 1960-as évek vége óta folyamatosan végzett földi neutrínófluxus mérések kimutatták, hogy az ott feljegyzett napelektronneutrínók száma megközelítőleg kétszer-háromszor kevesebb, mint amit a standard napelemmodell előre jelez. amely a Napban zajló folyamatokat írja le. A kísérlet és az elmélet közötti eltérést „napneutrínó problémának” nevezték, és több mint 30 évig a napfizika egyik rejtélye volt. A helyzetet bonyolította, hogy a neutrínók rendkívül gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, és egy olyan neutrínódetektor létrehozása, amely még olyan erővel is pontosan tudja mérni a neutrínó fluxust, mint a Napból érkező, meglehetősen nehéz tudományos feladat.

Két fő módot javasoltak a napneutrínók problémájának megoldására. Először is lehetőség nyílt a Nap modelljének oly módon történő módosítására, hogy csökkentsék a becsült hőmérsékletet a magjában, és ezáltal a Nap által kibocsátott neutrínók fluxusát. Másodszor, feltételezhető, hogy a napmag által kibocsátott elektronneutrínók egy része a Föld felé haladva más generációk neutrínóivá alakul át, amelyeket a hagyományos detektorok nem észlelnek (müon és tau neutrínók). Ma a tudósok hajlamosak azt hinni, hogy a második út a legvalószínűbb. Ahhoz, hogy az egyik típusú neutrínóról a másikra átmenetet lehessen végrehajtani – az úgynevezett „neutrínó rezgések” – a neutrínó tömegének nullától eltérőnek kell lennie. Mostanra kiderült, hogy ez igaznak tűnik. 2001-ben a napneutrínók mindhárom típusát közvetlenül észlelték a Sudbury Neutrino Obszervatóriumban, és teljes fluxusuk megfelelt a szabványos szoláris modellnek. Ugyanakkor a Földet érő neutrínóknak csak körülbelül egyharmada bizonyul elektronnak. Ez a mennyiség összhangban van azzal az elmélettel, amely megjósolja az elektronneutrínók átalakulását egy másik generáció neutrínóivá, mind a vákuumban (valójában „neutrínó rezgések”), mind a napanyagban („Mikheev-Smirnov-Wolfenstein-effektus”). Így a napneutrínók problémája mára látszólag megoldódott.

Korona fűtési probléma. A Nap körülbelül 6000 K hőmérsékletű látható felülete (a fotoszféra) felett helyezkedik el a napkorona, amelynek hőmérséklete meghaladja az 1 000 000 K-t. Kimutatható, hogy a fotoszférából érkező hő közvetlen áramlása nem elegendő ahhoz, hogy a korona ilyen magas hőmérsékletét eredményezze.

Feltételezzük, hogy a korona felmelegítéséhez szükséges energiát a szubfotoszférikus konvektív zóna turbulens mozgása szolgáltatja. Ebben az esetben két mechanizmust javasoltak a koronába történő energiaátvitelhez. Először is ez hullámfűtés - a turbulens konvektív zónában keletkező hang- és magnetohidrodinamikai hullámok a koronába terjednek és ott disszipálódnak, miközben energiájuk a koronaplazma hőenergiájává alakul. Alternatív mechanizmus a mágneses fűtés, amelyben a fotoszférikus mozgások által folyamatosan generált mágneses energia a mágneses tér visszakapcsolásával szabadul fel nagy napkitörések vagy nagyszámú kis kitörés formájában.

Jelenleg nem világos, hogy milyen típusú hullámok biztosítanak hatékony mechanizmust a korona felmelegítésére. Kimutatható, hogy a magnetohidrodinamikus Alfvén-hullámok kivételével minden hullám szóródik vagy visszaverődik, mielőtt elérné a koronát, míg az Alfvén-hullámok eloszlása a koronában nehézkes. Ezért a modern kutatók figyelmüket a napkitöréseken keresztüli fűtési mechanizmusra összpontosították. A korona felmelegedési forrásainak egyik lehetséges jelöltje a folyamatosan előforduló kisméretű fáklyák, bár a kérdés végső tisztázása még nem született meg.

P.S. Miután elolvasta a „Nap termonukleáris fúziójának elméleti problémáit”, emlékeznie kell az „Occam borotvájára”. Itt az elméleti problémák magyarázata egyértelműen kiagyalt, logikátlan elméleti magyarázatokat használ.

9. A termonukleáris üzemanyagok fajtái. Fúziós üzemanyag

A szabályozott termonukleáris fúzió (CTF) nehezebb atommagok szintézise könnyebb atommagokból energia kinyerése érdekében, amely a robbanékony termonukleáris fúzióval ellentétben (a termonukleáris fegyverekben használatos) szabályozott jellegű. A szabályozott termonukleáris fúzió abban különbözik a hagyományos atomenergiától, hogy az utóbbi bomlási reakciót alkalmaz, melynek során a nehéz atommagokból könnyebb atommagok keletkeznek. A szabályozott termonukleáris fúzió megvalósítására tervezett fő nukleáris reakciók deutériumot (2 H) és tríciumot (3 H), hosszabb távon pedig hélium-3-at (3 He) és bór-11-et (11 B) használnak.

A reakciók típusai. A fúziós reakció a következő: két vagy több atommagot veszünk, és bizonyos erővel olyan közel hozunk egymáshoz, hogy az ilyen távolságra ható erők felülkerekedjenek a hasonló töltésű atommagok közötti Coulomb-taszító erőkkel szemben, ami egy új atommag kialakulását eredményezi. atommag. Valamivel kisebb lesz a tömege, mint az eredeti atommagok tömegeinek összege, és a különbségből energia lesz, ami a reakció során felszabadul. A felszabaduló energia mennyiségét a jól ismert képlet írja le E = mc 2. A könnyebb atommagokat könnyebb a kívánt távolságra összehozni, így a hidrogén – az Univerzum legnagyobb mennyiségben előforduló eleme – a legjobb üzemanyag a fúziós reakcióhoz.

Azt találták, hogy a hidrogén két izotópja, a deutérium és a trícium keveréke igényel a legkevesebb energiát a fúziós reakcióhoz a reakció során felszabaduló energiához képest. Bár a deutérium-trícium (D-T) a legtöbb fúziós kutatás tárgya, semmiképpen sem az egyetlen lehetséges üzemanyag. Más keverékek előállítása könnyebb lehet; reakciójuk megbízhatóbban szabályozható, vagy ami még fontosabb, kevesebb neutront termelnek. Különösen érdekesek az úgynevezett „neutronmentes” reakciók, mivel az ilyen tüzelőanyag sikeres ipari felhasználása az anyagok és a reaktortervezés hosszú távú radioaktív szennyeződésének hiányát jelenti, aminek viszont pozitív hatása lehet. a közvélemény és a reaktor üzemeltetésének összköltsége, jelentősen csökkentve a leszerelés költségeit. A probléma továbbra is az, hogy az alternatív tüzelőanyagokat használó szintézisreakciókat sokkal nehezebb fenntartani, ezért a D-T reakciót csak egy szükséges első lépésnek tekintik.

A deutérium-trícium reakció vázlata. A szabályozott fúzió a felhasznált tüzelőanyag típusától függően különböző típusú fúziós reakciókat alkalmazhat.

A legegyszerűbb reakció a deutérium + trícium:

2 H + 3 H = 4 He + n 17,6 MeV kimenő energiával.

Ez a reakció a modern technológiák szempontjából a legkönnyebben kivitelezhető, jelentős energiahozamot biztosít, és az üzemanyag-komponensek olcsók. Hátránya a nem kívánt neutronsugárzás kibocsátása.

Két atommag: a deutérium és a trícium egyesülve héliummagot (alfa-részecskét) és nagy energiájú neutront képez.

A deutérium + hélium-3 reakció sokkal nehezebb, a lehetséges határon a deutérium + hélium-3 reakció végrehajtása:

2 H + 3 He = 4 He + p 18,3 MeV kimenő energiával.

Ennek megvalósításának feltételei sokkal bonyolultabbak. A hélium-3 szintén ritka és rendkívül drága izotóp. Jelenleg nem gyártják ipari méretben.

Reakció a deutériummagok között (D-D, monopropelent).

A deutériummagok közötti reakciók is lehetségesek, ezek egy kicsit nehezebbek, mint a hélium-3 reakciói.

Ezek a reakciók lassan, a deutérium + hélium-3 reakcióval párhuzamosan mennek végbe, és az ezek során keletkező trícium és hélium-3 valószínűleg azonnal reakcióba lép a deutériummal.

Más típusú reakciók. Néhány más típusú reakció is lehetséges. A tüzelőanyag megválasztása számos tényezőtől függ - elérhetősége és alacsony költsége, energiatermelése, a termonukleáris fúziós reakcióhoz szükséges feltételek (elsősorban hőmérséklet) elérésének könnyűsége, a reaktor szükséges tervezési jellemzői stb.

"Neutronmentes" reakciók. A legígéretesebbek az ún. „neutronmentes” reakciók, mivel a termonukleáris fúzió (például a deutérium-trícium reakció) során keletkező neutronáram a teljesítmény jelentős részét elviszi és indukált radioaktivitást generál a reaktor tervezésében. A deutérium-hélium-3 reakció a neutronhozam hiánya miatt ígéretes.

10. Klasszikus elképzelések a megvalósítás feltételeiről. termonukleáris fúziós és szabályozott fúziós reaktorok

A TOKAMAK (TOroidal CHAMBER MAGNETIC COILS) egy toroid rendszer mágneses plazma bezáráshoz. A plazmát nem a kamra falai tartják, amelyek nem képesek ellenállni annak hőmérsékletének, hanem egy speciálisan létrehozott mágneses tér. A TOKAMAK különlegessége a plazmán átfolyó elektromos áram felhasználása a plazma egyensúlyához szükséges poloidális tér létrehozására.

A TCB akkor lehetséges, ha két feltétel egyidejűleg teljesül:

a plazma hőmérsékletének 100 000 000 K-nél nagyobbnak kell lennie;
megfelelés a Lawson-kritériumnak: n · t> 5,10 19 cm –3 s (a D-T reakcióhoz),
Ahol n– a magas hőmérsékletű plazma sűrűsége, t– plazma retenciós idő a rendszerben.

Elméletileg úgy gondolják, hogy egy adott termonukleáris reakció sebessége főként e két kritérium értékétől függ.

Jelenleg a szabályozott termonukleáris fúziót még nem valósították meg ipari méretekben. Bár a fejlett országokban általában több tucat szabályozott termonukleáris reaktort építettek, ezek nem tudnak szabályozott termonukleáris fúziót biztosítani. Az ITER nemzetközi kutatóreaktor építése a kezdeti szakaszban van.

A szabályozott termonukleáris fúzió megvalósításának két alapvető sémáját vizsgáljuk.

Kvázi-stacionárius rendszerek. A plazma melegítése és lezárása mágneses térrel, viszonylag alacsony nyomáson és magas hőmérsékleten történik. Erre a célra a reaktorokat TOKAMAK-ok, sztellarátorok, tükörcsapdák és torsatronok formájában használják, amelyek a mágneses tér konfigurációjában különböznek egymástól. Az ITER reaktor TOKAMAK konfigurációval rendelkezik.

Impulzus rendszerek. Az ilyen rendszerekben a CTS-t úgy hajtják végre, hogy a deutériumot és tríciumot tartalmazó kis céltárgyakat ultraerős lézer- vagy ionimpulzusokkal rövid ideig melegítik. Az ilyen besugárzás termonukleáris mikrorobbanások sorozatát okozza.

Az első típusú termonukleáris reaktor kutatása lényegesen fejlettebb, mint a másodiké. A magfizikában a termonukleáris fúzió tanulmányozása során mágneses csapdát használnak a plazma bizonyos térfogatban történő tárolására. A mágneses csapda úgy van kialakítva, hogy a plazma ne érintkezzen a termonukleáris reaktor elemeivel, pl. elsősorban hőszigetelőként használják. A bezártság elve a töltött részecskék mágneses térrel való kölcsönhatásán alapul, nevezetesen a töltött részecskék mágneses erővonalak körüli forgásán. Sajnos a mágnesezett plazma nagyon instabil, és hajlamos elhagyni a mágneses teret. Ezért a hatékony mágneses csapda létrehozásához a legerősebb elektromágneseket használják, amelyek hatalmas mennyiségű energiát fogyasztanak.

Lehetőség van a fúziós reaktor méretének csökkentésére, ha három módszert alkalmaz egyidejűleg a fúziós reakció létrehozására.

Inerciális szintézis. Besugározzuk be a deutérium-trícium üzemanyag apró kapszulait 500 billió (5·10 14) W-os lézerrel. Ez a gigantikus, nagyon rövid, 10-8 másodperces lézerimpulzus hatására az üzemanyag-kapszulák felrobbannak, aminek következtében a másodperc töredékére egy minicsillag születik. De termonukleáris reakciót nem lehet elérni rajta.

Egyidejűleg használja a Z-gépet a TOKAMAK-kal. A Z-gép másképp működik, mint a lézer. A tüzelőanyag-kapszulát körülvevő apró vezetékek hálóján fél billió watt 5·10 11 W töltést vezet át.

Az első generációs reaktorok nagy valószínűséggel deutérium és trícium keverékével működnek. A reakció során megjelenő neutronokat a reaktor pajzsa elnyeli, a keletkező hőt pedig a hőcserélőben lévő hűtőközeg melegítésére fordítják, ezt az energiát pedig a generátor forgatására fordítják.

Elméletileg léteznek alternatív üzemanyagtípusok, amelyek nem rendelkeznek ezekkel a hátrányokkal. De használatukat alapvető fizikai korlátok nehezítik. Ahhoz, hogy a fúziós reakcióból elegendő energiát nyerjünk, kellően sűrű plazmát kell egy bizonyos ideig a fúziós hőmérsékleten (10 8 K) tartani.

A fúziónak ezt az alapvető aspektusát a plazmasűrűség szorzata írja le n az egyensúlyi pont eléréséhez szükséges felmelegített plazmatartalom τ időtartamára. Munka nτ az üzemanyag típusától függ, és a plazma hőmérsékletének függvénye. Az összes tüzelőanyag közül a deutérium-trícium keveréknek van szüksége a legalacsonyabb értékre nτ legalább egy nagyságrenddel, és a legalacsonyabb reakcióhőmérséklet legalább ötszöröse. Így a D-T reakció egy szükséges első lépés, de más üzemanyagok alkalmazása továbbra is fontos kutatási cél.

11. Fúziós reakció, mint ipari villamosenergia-forrás

A fúziós energiát sok kutató „természetes” energiaforrásnak tekinti hosszú távon. A fúziós reaktorok villamosenergia-termelésre történő kereskedelmi felhasználásának támogatói a következő érveket hozták fel maguk mellett:

gyakorlatilag kimeríthetetlen üzemanyag-tartalékok (hidrogén);
üzemanyagot lehet kinyerni a tengervízből a világ bármely partján, ami lehetetlenné teszi egy vagy egy országcsoport számára az üzemanyag monopolizálását;
az ellenőrizetlen szintézisreakció lehetetlensége;
égéstermékek hiánya;
nincs szükség olyan anyagok felhasználására, amelyek nukleáris fegyverek előállításához használhatók, így kiküszöbölhető a szabotázs és a terrorizmus esetei;
Az atomreaktorokhoz képest kis mennyiségű, rövid felezési idejű radioaktív hulladék keletkezik.

A deutériummal töltött gyűszű becslések szerint 20 tonna szénnek megfelelő energiát termel. Egy közepes méretű tó több száz évre képes minden országot ellátni energiával. Megjegyzendő azonban, hogy a meglévő kutatóreaktorokat közvetlen deutérium-trícium (DT) reakció megvalósítására tervezték, amelynek üzemanyagciklusa lítium felhasználását igényli trícium előállításához, míg a kimeríthetetlen energiára vonatkozó állítások a deutérium felhasználására vonatkoznak. deutérium (DD) reakció a reaktorok második generációjában.

Csakúgy, mint a hasadási reakció, a fúziós reakció sem termel a légköri szén-dioxid-kibocsátást, ami nagyban hozzájárul a globális felmelegedéshez. Ez jelentős előny, mivel a fosszilis tüzelőanyagok villamosenergia-termelésre való felhasználása azt jelenti, hogy például az Egyesült Államokban naponta 29 kg CO 2 (az egyik fő gáz, amely a globális felmelegedés okozójának tekinthető) termelődik amerikai lakosonként. .

12. Már vannak kétségek

Az Európai Közösség országai évente mintegy 200 millió eurót költenek kutatásra, és az előrejelzések szerint még több évtizednek kell eltelnie, mire a magfúzió ipari felhasználása lehetővé válik. Az alternatív villamosenergia-források hívei úgy vélik, hogy célszerűbb lenne ezeket a forrásokat megújuló villamosenergia-források bevezetésére fordítani.

Sajnos a széles körben elterjedt optimizmus ellenére (az 1950-es évektől, amikor az első kutatások megkezdődtek) a nukleáris fúziós folyamatok mai ismerete, a technológiai lehetőségek és a magfúzió gyakorlati alkalmazása közötti jelentős akadályokat még nem sikerült leküzdeni, még az sem világos, hogy milyen mértékben. lehet Gazdaságilag kifizetődő termonukleáris fúzióval villamos energiát előállítani. Bár a kutatás fejlődése folyamatos, a kutatók időnként új kihívásokkal néznek szembe. A kihívás például egy olyan anyag kifejlesztése, amely ellenáll a neutronbombázásnak, amely a becslések szerint 100-szor intenzívebb, mint a hagyományos atomreaktorok.

13. Klasszikus ötlet a vezérelt termonukleáris reaktor létrehozásának soron következő szakaszairól

A kutatásban a következő szakaszokat különböztetjük meg.

Egyensúlyi vagy „pass” mód: amikor a szintézis folyamata során felszabaduló összenergia egyenlő a reakció elindítására és fenntartására fordított teljes energiával. Ezt az arányt a szimbólum jelöli K. A reakció egyensúlyát 1997-ben a JET-ben demonstrálták az Egyesült Királyságban. 52 MW villamos energiát költöttek a fűtésre, így a tudósok a felhasználtnál 0,2 MW-tal nagyobb teljesítményt kaptak. (Ezeket az adatokat még egyszer ellenőrizni kell!)

Lángoló plazma: egy közbenső szakasz, amelyben a reakciót elsősorban a reakció során keletkező alfa-részecskék támogatják, nem pedig külső melegítés.

K≈ 5. A köztes szakaszt még nem sikerült elérni.

Gyújtás: stabil reakció, amely önmagát támogatja. Magas értékeken kell elérni K. Még mindig nem sikerült elérni.

A kutatás következő lépése az ITER, a nemzetközi termonukleáris kísérleti reaktor. Ebben a reaktorban a magas hőmérsékletű plazma (lángoló plazma viselkedésének vizsgálatát) tervezik K≈ 30) és szerkezeti anyagok egy ipari reaktorhoz.

A kutatás utolsó fázisa a DEMO lesz: egy ipari reaktor prototípusa, amelyben gyújtást érnek el, és bemutatják az új anyagok gyakorlati alkalmasságát. A legoptimistább előrejelzés a DEMO fázis befejezésére: 30 év. Egy ipari reaktor építésének és üzembe helyezésének becsült idejét tekintve ≈40 év választ el bennünket a termonukleáris energia ipari felhasználásától.

14. Mindezt át kell gondolni

Több tucat, de talán több száz különböző méretű kísérleti termonukleáris reaktort építettek szerte a világon. A tudósok munkába állnak, bekapcsolják a reaktort, a reakció gyorsan megtörténik, úgy tűnik, kikapcsolják, leülnek és gondolkodnak. Mi az ok? Mi legyen a következő? És így évtizedek óta, hiába.

Tehát a fentiekben felvázoltuk az emberiség megértésének történetét a Napon történő termonukleáris fúzióval kapcsolatban, valamint az emberiségnek a szabályozott termonukleáris reaktor létrehozásában elért eredményeit.

Hosszú utat tettek meg és sokat tettek a végső cél elérése érdekében. De sajnos az eredmény negatív. Ellenőrzött termonukleáris reaktort nem hoztak létre. Még 30...40 év és a tudósok ígéretei teljesülnek. Lesz? 60 év eredmény nélkül. Miért történjen meg 30...40 év múlva, és miért ne három év múlva?

Van egy másik elképzelés is a termonukleáris fúzióról a Napon. Logikus, egyszerű és valóban pozitív eredményhez vezet. Ez V.F. felfedezése. Vlasova. Ennek a felfedezésnek köszönhetően a közeljövőben akár a TOKAMAK-ok is működőképesek lehetnek.

15. Új pillantás a termonukleáris fúzió természetére a Napon és a „Szabályozott termonukleáris fúzió módszere és szabályozott termonukleáris reaktor szabályozott termonukleáris fúzió megvalósítására” találmány.

A szerzőtől. Ez a felfedezés és találmány közel 20 éves. Sokáig kételkedtem abban, hogy új módszert találtam a termonukleáris fúzió megvalósítására, és egy új termonukleáris reaktort ennek megvalósítására. Több száz munkát kutattam és tanulmányoztam a termonukleáris fúzió területén. Az idő és a feldolgozott információk meggyőztek arról, hogy jó úton járok.

Első pillantásra a találmány nagyon egyszerű, és egyáltalán nem hasonlít a TOKAMAK típusú kísérleti termonukleáris reaktorra. A TOKAMAK tudományos tekintélyeinek modern nézetei szerint ez az egyetlen helyes döntés, és nem tárgya vita. A termonukleáris reaktor ötletének 60 éve. De pozitív eredmény - működő termonukleáris reaktor szabályozott termonukleáris fúzióval TOKAMAK csak 30...40 év múlva ígérkezik. Valószínűleg, ha 60 évig nem születik valódi pozitív eredmény, akkor az ötlet technikai megoldásának választott módszere - egy szabályozott termonukleáris reaktor létrehozása - finoman szólva is helytelen, vagy nem elég reális. Próbáljuk meg bemutatni, hogy van ennek az elképzelésnek egy másik megoldása is, amely a termonukleáris fúzió Napon való felfedezésén alapul, és eltér az általánosan elfogadott elképzelésektől.

Nyítás. A felfedezés fő gondolata nagyon egyszerű és logikus, és ez termonukleáris reakciók a napkorona tartományában mennek végbe. Itt vannak a termonukleáris reakció bekövetkezéséhez szükséges fizikai feltételek. A Napkoronából, ahol a plazma hőmérséklete hozzávetőlegesen 1 500 000 K, a Nap felszíne 6 000 K-re melegszik fel, innen párolog a tüzelőanyag-keverék a napkoronába a Nap forrásfelületéről Elég 6000 K hőmérséklet hogy a tüzelőanyag-keverék párolgó gőzök formájában legyőzze a nap gravitációs erejét. Ez megvédi a Nap felszínét a túlmelegedéstől és fenntartja felszíni hőmérsékletét.

Az égési zóna - a napkorona - közelében vannak olyan fizikai körülmények, amelyek mellett az atomok méretének meg kell változnia, és ugyanakkor a Coulomb-erőknek jelentősen csökkenniük kell. Érintkezéskor a tüzelőanyag-keverék atomjai egyesülnek és új elemeket szintetizálnak nagy hőfelszabadulás mellett. Ez az égési zóna hozza létre a napkoronát, amelyből az energia sugárzás és anyag formájában kerül a világűrbe. A deutérium és a trícium fúzióját a forgó Nap mágneses tere segíti, ahol ezek összekeverednek és felgyorsulnak. Emellett a napkoronában a termonukleáris reakciózónából gyorsan elektromosan töltött részecskék, valamint fotonok - az elektromágneses mező kvantumai jelennek meg, és nagy energiával mozognak a párolgó üzemanyag felé, mindez megteremti a termonukleáris fúzióhoz szükséges fizikai feltételeket.

A fizikusok klasszikus felfogásában a termonukleáris fúziót valamiért nem sorolják az égési folyamatok közé (itt nem az oxidációs folyamatra gondolunk). A fizika szaktekintélyei azzal az ötlettel álltak elő, hogy a termonukleáris fúzió a Napon megismétli a vulkáni folyamatot egy bolygón, például a Földön. Ezért az összes érvelést, a hasonlósági technikát alkalmazzák. Nincs bizonyíték arra, hogy a Föld bolygó magja olvadt folyékony állapotban lenne. Ilyen mélységet még a geofizika sem tud elérni. Az a tény, hogy léteznek vulkánok, nem tekinthető a Föld folyékony magjának bizonyítékának. A Föld mélyén, különösen sekély mélységben, olyan fizikai folyamatok zajlanak, amelyeket a tekintélyes fizikusok még nem ismernek. A fizikában nincs egyetlen bizonyíték sem arra, hogy a termonukleáris fúzió bármely csillag mélyén megtörténik. A termonukleáris bombában pedig a termonukleáris fúzió egyáltalán nem ismétli meg a modellt a Nap mélyén.

Gondos szemrevételezéssel a Nap egy gömb alakú térfogati égőnek tűnik, és nagyon emlékeztet a föld nagy felületén zajló égésre, ahol a felszín határa és az égési zóna (a napkorona prototípusa) között rés van. mely hősugárzás jut át a föld felszínére, ami elpárolog, például a kiömlött tüzelőanyag és ezek az előkészített gőzök az égési zónába kerülnek.

Nyilvánvaló, hogy a Nap felszínén egy ilyen folyamat különböző fizikai körülmények között megy végbe. Hasonló, paraméterekben meglehetősen hasonló fizikai feltételeket építettek be a szabályozott termonukleáris reaktor tervezésének kidolgozásába, amelynek rövid leírását és sematikus diagramját az alábbiakban ismertetett szabadalmi bejelentés tartalmazza.

A 2005123095/06(026016) számú szabadalmi bejelentés kivonata.

"A szabályozott termonukleáris fúzió és a szabályozott termonukleáris reaktor módszere a szabályozott termonukleáris fúzió megvalósításához."

Ismertetem az igényelt szabályozott termonukleáris reaktor módszerét és működési elvét szabályozott termonukleáris fúzió megvalósítására.

Rizs. 1. Az UTYAR egyszerűsített sematikus diagramja

ábrán. Az 1. ábra az UTYAR sematikus diagramját mutatja. Üzemanyag keverék, 1:10 tömegarányban, 3000 kg/cm 2 -re sűrítve és 3000°C-ra melegítve, a zónában 1 összekeveredik és a fúvóka kritikus szakaszán keresztül bejut a tágulási zónába 2 . A zónában 3 az üzemanyag-keverék meggyullad.

A gyújtószikra hőmérséklete tetszőleges lehet a termikus folyamat elindításához - 109...108 K-tól és az alatti hőmérséklettől függ a szükséges fizikai feltételektől.

Magas hőmérsékletű zónában 4 Az égési folyamat közvetlenül megy végbe. Az égéstermékek sugárzás és konvekció formájában adják át a hőt a hőcserélő rendszernek 5 és a bejövő üzemanyag-keverék felé. A 6-os eszköz a reaktor aktív részében a fúvóka kritikus szakaszától az égési zóna végéig segít megváltoztatni a Coulomb-erők nagyságát és növeli a tüzelőanyag-keverék atommagjainak effektív keresztmetszetét (létrehozza a szükséges fizikai feltételeket) .

Az ábra azt mutatja, hogy a reaktor hasonló egy gázégőhöz. De egy termonukleáris reaktornak ilyennek kell lennie, és természetesen a fizikai paraméterek több százszor eltérnek majd például egy gázégő fizikai paramétereitől.

A termonukleáris fúzió fizikai feltételeinek megismétlése a Napon földi körülmények között a találmány lényege.

Minden égetést alkalmazó hőtermelő berendezésnek a következő feltételeket kell megteremtenie - ciklusok: tüzelőanyag előkészítése, keverése, a munkaterületre (égési zóna) történő betáplálás, gyújtás, égés (kémiai vagy nukleáris átalakulás), hőelvonás forró gázokból sugárzás és konvekció, valamint az égéstermékek eltávolítása. Veszélyes hulladék esetén – annak ártalmatlanítása. Az igényelt szabadalom mindezt biztosítja.

A fizikusok fő érve a Lowsen-kritérium teljesülése mellett teljesül - elektromos szikra vagy lézersugár általi gyújtáskor, valamint az égési zónából a tüzelőanyag elpárolgása révén visszaverődő, gyorsan elektromosan töltött részecskék, valamint fotonok - mennyisége nagy sűrűségű elektromágneses mezőt, a 109 0,108 K hőmérsékletet elérjük egy bizonyos minimális tüzelőanyag-terület mellett, emellett az üzemanyag sűrűsége 10 14 cm –3 lesz. Nem ez az út és módszer a Lawsen-kritérium teljesítésére? Mindezek a fizikai paraméterek azonban megváltozhatnak, ha külső tényezők befolyásolnak más fizikai paramétereket. Ez még mindig know-how.

Tekintsük az okait annak, hogy a termonukleáris fúziót az ismert termonukleáris reaktorokban lehetetlen megvalósítani.

16. A Nap termonukleáris reakciójáról általánosan elfogadott fizikális elképzelések hátrányai és problémái

1. Ismert. A Nap látható felületének - a fotoszférának - hőmérséklete 5800 K. A fotoszférában lévő gáz sűrűsége ezerszer kisebb, mint a Föld felszínéhez közeli levegő sűrűsége. Általánosan elfogadott, hogy a Nap belsejében a hőmérséklet, a sűrűség és a nyomás a mélységgel növekszik, középen elérve a 16 millió K-t (egyesek szerint 100 millió K-t), a 160 g/cm 3 -t és a 3,5 10 11 bart. A Nap magjában a magas hőmérséklet hatására a hidrogén héliummá alakul, nagy mennyiségű hőt szabadítva fel. Tehát úgy gondolják, hogy a Nap belsejében a hőmérséklet 16-100 millió fok, a felszínen 5800 fok, a napkoronában pedig 1-2 millió fok? Miért ilyen hülyeség? Ezt senki sem tudja világosan és érthetően elmagyarázni. Az ismert, általánosan elfogadott magyarázatoknak vannak hiányosságai, és nem adnak világos és elegendő képet a Nap termodinamikai törvényeinek megsértésének okairól.

2. A termonukleáris bomba és a termonukleáris reaktor eltérő technológiai elven működik, pl. nem ugyanúgy néz ki. Lehetetlen termonukleáris reaktort létrehozni a termonukleáris bomba működéséhez hasonló módon, ami a modern kísérleti termonukleáris reaktorok fejlesztésénél hiányzott.

3. Eddington tekintélyes fizikus 1920-ban óvatosan felvetette a Nap termonukleáris reakciójának természetét, hogy a Nap belsejében a nyomás és a hőmérséklet olyan magas, hogy ott termonukleáris reakciók léphetnek fel, amelyekben a hidrogénatommagok (protonok) egyesülnek hélium-4 mag. Jelenleg ez az általánosan elfogadott nézet. De azóta nincs bizonyíték arra, hogy termonukleáris reakciók mennek végbe a Nap magjában 16 millió K hőmérsékleten (egyes fizikusok szerint 100 millió K), sűrűség 160 g/cm3 és nyomás 3,5 x 1011 bar, csak elméleti feltételezések vannak. A napkoronában a termonukleáris reakciók nyilvánvalóak. Ezt nem nehéz felismerni és mérni.

4. A napneutrínók problémája. A Nap magjában lezajló nukleáris reakciók nagyszámú elektronneutrínó kialakulásához vezetnek. Régi elképzelések szerint a napneutrínók keletkezését, átalakulását és számát évtizedekig nem magyarázzák egyértelműen és kellőképpen. A Napon történő termonukleáris fúzióval kapcsolatos új elképzelések nem okoznak ilyen elméleti nehézségeket.

5. Korona fűtési probléma. A Nap körülbelül 6000 K hőmérsékletű látható felszíne (a fotoszféra) felett helyezkedik el a napkorona, amelynek hőmérséklete meghaladja az 1 500 000 K-t. Kimutatható, hogy a fotoszférából érkező hő közvetlen áramlása nem elegendő ahhoz, hogy a korona ilyen magas hőmérsékletét eredményezze. A Nap termonukleáris fúziójának új ismerete megmagyarázza a napkorona hőmérsékletének természetét. Itt mennek végbe a termonukleáris reakciók.

6. A fizikusok elfelejtik, hogy a TOKAMAK-okra elsősorban a magas hőmérsékletű plazma tárolására van szükség, semmi többre. A meglévő és az új TOKAMAK-ok nem biztosítják a termonukleáris fúzióhoz szükséges, speciális fizikai feltételek megteremtését. Valamiért ezt senki sem érti. Mindenki makacsul hiszi, hogy sok milliós hőmérsékleten a deutériumnak és a tríciumnak jól kell égnie. Miért hirtelen? Egy nukleáris cél egyszerűen gyorsan felrobban, nem ég. Nézze meg alaposan, hogyan történik a nukleáris égés a TOKAMAK-ban. Egy ilyen nukleáris robbanást csak egy nagyon nagy reaktor erős mágneses tere képes megfékezni (könnyen kiszámítható), de akkor a hatásfok egy ilyen reaktor műszaki felhasználásra elfogadhatatlan lenne. Az igényelt szabadalomban a termonukleáris plazma bezárásának problémája könnyen megoldható.

A tudósok magyarázata a Nap mélyében zajló folyamatokról nem elegendő a mélyben zajló termonukleáris fúzió megértéséhez. Senki nem vizsgálta kellőképpen a tüzelőanyag-előkészítés folyamatait, a hő- és anyagátadás folyamatait mélységben, nagyon nehéz kritikus körülmények között. Például hogyan és milyen körülmények között képződik a plazma abban a mélységben, ahol a termonukleáris fúzió megtörténik? Hogyan viselkedik stb. Hiszen a TOKAMAK műszakilag pontosan így készül.

Tehát a termonukleáris fúzió új koncepciója megoldja az összes meglévő műszaki és elméleti problémát ezen a területen.

P.S. Nehéz egyszerű igazságokat kínálni azoknak, akik évtizedek óta hisznek a tudományos tekintélyek véleményében (feltevéseiben). Ahhoz, hogy megértsük, miről szól az új felfedezés, elegendő önállóan újragondolni azt, ami sok éven át dogma volt. Ha egy új javaslat a fizikai hatás természetére vonatkozóan kétségeket ébreszt a régi feltételezések igazságtartalmával kapcsolatban, akkor mindenekelőtt önmagadnak bizonyítsd az igazságot. Minden igazi tudósnak ezt kell tennie. A termonukleáris fúzió felfedezését a napkoronában elsősorban vizuálisan igazolják. A termonukleáris égés nem a Nap mélyén, hanem a felszínén megy végbe. Ez egy speciális égés. A Napról készült számos fénykép és kép mutatja be, hogyan zajlik az égési folyamat, hogyan zajlik a plazmaképződés folyamata.

1. Irányított termonukleáris fúzió. Wikipédia.

2. Velikhov E.P., Mirnov S.V. Az irányított termonukleáris fúzió belép az otthoni szakaszba. Trinity Institute of Innovation and Thermonuclear Research. Orosz Tudományos Központ "Kurchatov Intézet", 2006.

3. Llewellyn-Smith K. Úton a termonukleáris energia felé. A FIAN-ban 2009. május 17-én elhangzott előadás anyaga.

4. A Nap enciklopédiája. Tesis, 2006.

5. V. Asztronet.

6. A Nap és a Föld élete. Rádiókommunikáció és rádióhullámok.

7. Nap és Föld. Egyszeri rezgések.

8. V. Naprendszer. Általános csillagászat. Projekt "Astrogalaxis".

9. Utazás a Nap közepétől. Népszerű mechanika, 2008.

10. V. Fizikai enciklopédia.

11. Csillagászat A nap képe.

12. Égés. Wikipédia.

"Tudomány és technológia"

Az amerikai társadalomban a maghasadáson alapuló atomenergia iránti óvatosság megnövekedett érdeklődéshez vezetett a hidrogénfúzió (termonukleáris reakció) iránt. Ezt a technológiát alternatív módjaként javasolták az atom tulajdonságainak hasznosítására elektromos áram előállítására. Ez elméletileg remek ötlet. A hidrogénfúzió az atommaghasadásnál hatékonyabban alakítja át az anyagot energiává, és a folyamat során nem keletkezik radioaktív hulladék. Egy működőképes termonukleáris reaktort azonban még létre kell hozni.

Atommagfúzió a napon

A fizikusok úgy vélik, hogy a Nap a hidrogént héliummá alakítja magfúziós reakcióval. A „szintézis” kifejezés „egyesítést” jelent. A hidrogénfúzió rendkívül magas hőmérsékletet igényel. A Nap hatalmas tömege által létrehozott erős gravitáció folyamatosan összenyomott állapotban tartja magját. Ez a kompresszió biztosítja, hogy a mag hőmérséklete elég magas legyen a hidrogén termonukleáris fúziójához.

A szoláris hidrogénfúzió egy többlépcsős folyamat. Először is két hidrogénatommag (két proton) erősen összenyomódik, és egy pozitront bocsátanak ki, más néven antielektront. A pozitron tömege megegyezik az elektronéval, de inkább pozitív, mint negatív egységtöltést hordoz. A hidrogénatomok összenyomásakor a pozitronon kívül egy neutrínó is felszabadul - egy elektronhoz hasonló részecske, de nincs elektromos töltése, és nagymértékben képes áthatolni az anyagon (Más szóval neutrínók (alacsony energiájú neutrínók ) rendkívül gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal. Egyes neutrínótípusok átlagos szabad útja a vízben körülbelül száz fényév. Az is ismert, hogy a Nap által kibocsátott neutrínók minden másodpercben áthaladnak a Földön. .).

Két proton szintézise egyetlen pozitív töltés elvesztésével jár. Ennek eredményeként az egyik proton neutronná válik. Ez létrehozza a deutérium magját (2H vagy D), a hidrogén nehéz izotópját, amely egy protonból és egy neutronból áll.

A deutériumot nehéz hidrogénnek is nevezik. A deutériummag egy másik protonnal kombinálva hélium-3 (He-3) atommagot képez, amely két protonból és egy neutronból áll. Ebben az esetben gamma-sugárzást bocsátanak ki. Ezt követően a fent leírt folyamat két független megismétlésének eredményeként létrejött két hélium-3 atommag egyesül egy hélium-4 (He-4) atommaggá, amely két protonból és két neutronból áll. Ezt a hélium izotópot a levegőnél könnyebb léggömbök töltésére használják. A végső szakaszban két proton bocsát ki, ami a fúziós reakció további fejlődését idézheti elő.

A „napfúzió” folyamatában a keletkező anyag össztömege valamivel nagyobb, mint az eredeti összetevők össztömege. A „hiányzó rész” energiává alakul Einstein híres képlete szerint:

ahol E az energia joule-ban, m a „hiányzó tömeg” kilogrammban, c pedig a fénysebesség, amely (vákuumban) 299 792 458 m/s. A Nap kolosszális mennyiségű energiát termel ily módon, hiszen a hidrogénmagok folyamatosan és hatalmas mennyiségben héliummagokká alakulnak. A Napban elegendő anyag van ahhoz, hogy a hidrogénfúzió folyamata több millió évezredig folytatódjon. Idővel a hidrogénellátás megszűnik, de ez nem fog megtörténni a mi életünkben.

A nap kimeríthetetlen energiaforrás. Sok milliárd éve hatalmas mennyiségű hőt és fényt bocsát ki. A Nap által kibocsátott energiamennyiség létrehozásához 180 000 000 milliárd olyan erőműre lenne szükség, amely akkora kapacitással rendelkezik, mint a Kujbisev vízierőmű.

A Napból származó energia fő forrása a nukleáris reakciók. Milyen reakciók zajlanak ott? Lehet, hogy a Nap egy óriási atomüst, amely hatalmas urán- vagy tóriumtartalékokat éget?

A Nap főleg könnyű elemekből áll - hidrogén, hélium, szén, nitrogén stb. Tömegének körülbelül fele hidrogén. Az urán és a tórium mennyisége a Napban nagyon kicsi. Ezért nem lehetnek a napenergia fő forrásai.

A Nap mélyén, ahol nukleáris reakciók játszódnak le, a hőmérséklet megközelítőleg eléri a 20 millió fokot. Az ott található anyag hatalmas, több száz millió tonna/négyzetcentiméter nyomás alatt van, és rendkívül tömör. Ilyen körülmények között eltérő típusú magreakciók léphetnek fel, amelyek nem a nehéz atommagok könnyebbekre osztódásához vezetnek, hanem éppen ellenkezőleg, a könnyebb magokból nehezebb atommagok képződéséhez.

Azt már láthattuk, hogy egy proton és egy neutron nehézhidrogén atommaggá, vagy két proton és két neutron héliummaggá egyesülése nagy mennyiségű energia felszabadulásával jár. A szükséges számú neutron megszerzésének nehézsége azonban megfosztja a gyakorlati értéktől ezt az atomenergia-felszabadítási módszert.

Nehezebb atommagok is létrehozhatók kizárólag protonok felhasználásával. Például két protont egymással kombinálva nehéz hidrogén atommagot kapunk, mivel a két proton közül az egyik azonnal neutronná változik.

A protonok nehezebb atommagokká való kombinációja nukleáris erők hatására megy végbe. Ez rengeteg energiát szabadít fel. De ahogy a protonok közelednek egymáshoz, a köztük lévő elektromos taszítás gyorsan megnő. A lassú futások nem tudják legyőzni ezt a taszítást, és nem tudnak elég közel kerülni egymáshoz. Ezért az ilyen reakciókat csak nagyon gyors protonok hajtják végre, amelyek elegendő energiával rendelkeznek az elektromos taszító erők hatásának leküzdéséhez.

Rendkívül magas hőmérsékleten a Nap belsejében a hidrogénatomok elveszítik elektronjaikat. Ezen atomok magjainak egy bizonyos része (fut) olyan sebességre tesz szert, amely elegendő ahhoz, hogy nehezebb atommagokat képezzen. Mivel az ilyen protonok száma a Nap mélyén nagyon nagy, az általuk létrehozott nehezebb atommagok száma jelentősnek bizonyul. Ez rengeteg energiát szabadít fel.

A nagyon magas hőmérsékleten végbemenő nukleáris reakciókat termonukleáris reakcióknak nevezzük. A termonukleáris reakcióra példa a nehézhidrogén atommagok képződése két protonból. Ez a következő módon történik:

1H 1 + ,№ - + +1е « .

Proton proton nehéz pozitron hidrogén

A felszabaduló energia ebben az esetben csaknem 500 000-szer nagyobb, mint szénégetéskor.

Meg kell jegyezni, hogy még ilyen magas hőmérsékleten sem minden proton ütközés vezet nehézhidrogén atommagok kialakulásához. Ezért a protonokat fokozatosan fogyasztják, ami több száz milliárd éven keresztül biztosítja az atomenergia felszabadulását.

Úgy tűnik, hogy a napenergia egy másik nukleáris reakcióból, a hidrogén héliummá történő átalakulásából származik. Ha négy hidrogén atommagot (protont) egyesítünk egy nehezebb atommagba, akkor ez egy héliummag lesz, mivel ebből a négy protonból kettő neutronná alakul. Ez a reakció így néz ki:

4,№ - 2He*+ 2 +1e°. hidrogén-hélium pozitronok

A hidrogénből hélium képződése a Napban valamivel összetettebb módon megy végbe, ami azonban ugyanerre az eredményre vezet. Az ebben az esetben fellépő reakciókat az ábra mutatja. 23.

Először is, egy proton egyesül a 6Cl2 szénatommaggal, és instabil 7N13 nitrogénizotópot képez. A keletkező nitrogén m3 hamarosan stabil 6C13 szénizotóppal alakul. Ebben az esetben jelentős energiájú pozitron bocsát ki. Egy idő után egy új (második) proton kötődik a 6Cl3 atommaghoz, ami stabil 7N4 nitrogénizotóp keletkezését eredményezi, és az energia egy része ismét gamma-sugárzás formájában szabadul fel. A harmadik proton, amely a 7MI atommaghoz csatlakozik, a BO15 instabil oxigénizotóp magját alkotja. Ezt a reakciót gamma-sugárzás is kíséri. A kapott 8015 izotóp pozitront bocsát ki, és a nitrogén 7№5 stabil izotópjává alakul. A negyedik proton hozzáadása ehhez az atommaghoz a 8016-os atommag kialakulásához vezet, amely két új atommagra bomlik: a bC szénatommagra és a hHe4 héliummagra.

Az egymást követő magreakciók ezen láncolatának eredményeként ismét kialakul az eredeti 6C12 szénatom, és négy hidrogénatom (proton) helyett egy héliummag jelenik meg. Ez a reakcióciklus körülbelül 5 millió évig tart. Felújított

A bC12 mag újrakezdheti ugyanazt a ciklust. A felszabaduló energia, amelyet a gamma-sugárzás és a pozitronok visznek el, a Nap sugárzását adja.

Nyilvánvalóan más csillagok is hatalmas energiához jutnak hasonló módon. Ebben az összetett kérdésben azonban sok még mindig megoldatlan.

Ugyanezek a feltételek sokkal gyorsabban mennek végbe. Igen, reakció

,№ + ,№ -. 2He3

Deutérium könnyű könnyű hidrogén hélium

Nagy mennyiségű hidrogén jelenlétében néhány másodperc alatt véget érhet, és a reakció -

ХНз + ,Н‘ ->2He4 trícium könnyű hélium hidrogén

Tizedmásodpercek alatt.

A termonukleáris reakciók során fellépő könnyű atommagok nehezebbekké történő gyors egyesülése lehetővé tette egy új típusú atomfegyver - a hidrogénbomba - létrehozását. A hidrogénbomba létrehozásának egyik lehetséges módja a nehéz és a szupernehéz hidrogén közötti termonukleáris reakció:

1№ + ,№ - 8He*+ «o1.

Deutérium trícium hélium neutron

A reakció során felszabaduló energia körülbelül 10-szer nagyobb, mint az urán- vagy plutóniummagok hasadása során.

A reakció elindításához a deutériumot és a tríciumot nagyon magas hőmérsékletre kell melegíteni. Ilyen hőmérséklet jelenleg csak atomrobbanás során érhető el.

A hidrogénbombának erős fémhéja van, amelynek méretei nagyobbak, mint az atombombáké. A belsejében egy hagyományos atombomba található, amely uránt vagy plutóniumot, valamint deutériumot és tríciumot használ. A hidrogénbomba felrobbantásához először fel kell robbantani egy atombombát. Az atomrobbanás magas hőmérsékletet és nyomást hoz létre, amelynél a bombában lévő hidrogén héliummá kezd átalakulni. Az így felszabaduló energia fenntartja a reakció további lefolyásához szükséges magas hőmérsékletet. Ezért a hidrogén héliummá történő átalakulása addig folytatódik, amíg vagy az összes hidrogén „ki nem ég”, vagy a bombahéj össze nem omlik. Az atomrobbanás mintegy „meggyújt” egy hidrogénbombát, és hatása jelentősen megnöveli az atomrobbanás erejét.

A hidrogénbomba robbanása ugyanazokkal a következményekkel jár, mint az atomrobbanás – magas hőmérséklet, lökéshullám és radioaktív termékek megjelenése. A hidrogénbombák ereje azonban sokszorosa az urán- és plutóniumbombák erejének.

Az atombombáknak kritikus tömegük van. Ha növeljük a nukleáris üzemanyag mennyiségét egy ilyen bombában, nem tudjuk teljesen szétválasztani. Az urán vagy plutónium jelentős része általában szétválasztatlan formában szóródik a robbanási zónában. Ez nagyon megnehezíti az atombombák erejének növelését. A hidrogénbombának nincs kritikus tömege. Ezért az ilyen bombák teljesítménye jelentősen növelhető.

A deutérium és trícium felhasználásával készült hidrogénbombák előállítása óriási energiafelhasználással jár. A deutérium nehézvízből nyerhető. A trícium előállításához a lítiumot 6 neutronnal kell bombázni. A fellépő reakció a 29. oldalon látható. A neutronok legerősebb forrása az atomkazán. Egy átlagos teljesítményű kazán központi részének felületének minden négyzetcentiméterén keresztül mintegy 1000 milliárd neutron jut be a védőburokba. Ebben a héjban csatornákat készítve és lítium 6-ot helyezve tríciumot lehet nyerni. A természetes lítiumnak két izotópja van: a lítium 6 és lítium 7. A lítium b részaránya mindössze 7,3%. A belőle nyert trícium radioaktívnak bizonyul. Elektronokat kibocsátva héliummá 3 alakul. A trícium felezési ideje 12 év.

A Szovjetunió gyorsan eltörölte az Egyesült Államok monopóliumát az atombombára. Ezek után az amerikai imperialisták hidrogénbombával próbálták megfélemlíteni a békeszerető népeket. A háborús vészekre vonatkozó számítások azonban szintén kudarcot vallottak. 1953. augusztus 8-án, a Szovjetunió Legfelsőbb Tanácsának ötödik ülésén Malenkov elvtárs rámutatott, hogy az Egyesült Államok nem monopólium a hidrogénbomba gyártásában. Ezt követően 1953. augusztus 20-án kormányzati jelentés jelent meg a Szovjetunióban végrehajtott hidrogénbomba sikeres teszteléséről. Hazánk kormánya ebben az üzenetben ismételten megerősítette állandó azon törekvését, hogy minden típusú atomfegyver betiltását és a tilalom végrehajtása feletti szigorú nemzetközi ellenőrzés megteremtését érje el.

Lehetséges-e szabályozhatóvá tenni egy termonukleáris reakciót, és ipari célokra felhasználni a hidrogénatommagok energiáját?

A hidrogén héliummá alakításának folyamata nem rendelkezik kritikus tömeggel. Ezért kis mennyiségű hidrogénizotóp mellett is előállítható. Ehhez azonban új, magas hőmérsékletű forrásokat kell létrehozni, amelyek rendkívül kis méretükben különböznek az atomrobbanástól. Az is lehetséges, hogy erre a célra valamivel lassabb termonukleáris reakciókat kell alkalmazni, mint a deutérium és a trícium reakciója. Jelenleg a tudósok az etikai problémák megoldásán dolgoznak.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete

A nap energiája.