Туннельный эффект при  синтезе ядер тяжёлых элементов
Статьи / Туннельный эффект в химии, физике / Туннельный эффект при  синтезе ядер тяжёлых элементов

Термоядерная реакция — это реакция синтеза тяжёлых ядер из более лёгких. В таких реакциях может выделяться очень большая энергия. Если бы удалось объединить в ядро гелия четыре протона: 4H11 → He24 +2e+, (2)

(при этом два протона превращаются в нейтроны, ис­пуская положительно заряженные b‑частицы — пози­троны), то выделившаяся кинетическая энергия составила бы около 25 МэВ. Однако такую реакцию в земных условиях провести пока невозможно. Более доступна и очень энергетически выгодна реакция синтеза, осуществлению которой посвящены усилия огромных научных коллективов в разных странах мира: реакция слияния тяжелого и сверхтяжелого изо­топов водорода: Н12+Н13→ Не24 + n10 . (3)

Кинетическая энергия продуктов этой реакции со­ставляет 17,6 МэВ, выделение энергии в несколько мил­лионов раз больше, чем при сжигании такой же массы водорода в кислороде.

Для того чтобы произошла реакция (3), ядра три­тия и дейтерия должны сблизиться до расстояния, на котором начинают действовать ядерные силы. На боль­ших расстояниях ядра расталкиваются кулоновскими силами. Высота потенциального барьера, возникающего из-за кулоновского отталкивания, оказывается ~1 МэВ. Такова должна быть кине­тическая энергия классической частицы, дейтрона, чтобы он мог проникнуть к ядру трития.

Средняя кинетическая энергия частицы в газе равна 3/2 Т. Нетрудно подсчитать, какова должна быть темпе­ратура, чтобы средняя энергия частицы равнялась 1 МэВ = 1,6×10‑6 эрг:

(6)

При такой температуре почти каждое столкновение приводило бы к ядерной реакции, однако, на Земле такие условия и недостижимы, и не нужны.

Благодаря туннельному эффекту реакция становится возможной при более низких температурах. Процесс слияния ядер аналогичен a-распаду, повернутому вспять во времени. При a-распаде частица проникает через барьер из ядра наружу, а при слиянии ядер дейтрон дол­жен проникнуть через барьер снаружи внутрь ядра. Проницаемость барьера одна и та же в обоих случаях. [4].

Смотрите также

Модификация полиэлектролитов наночастицами
Процессы коагуляции и флокуляции применяются для выделения взвешенных твердых частиц из воды, если скорость их естественного осаждения слишком мала, чтобы обеспечить эффективное осветление ...

Предмет аналитической химии и основные этапы её развития
...

Приложение 8
Тему “Углерод, подгруппа углерода.” можно завершить зачетным уроком по составлению обобщающей схемы, которая пригодится для сдачи экзамена по химии и приведет в систему знания учащихся, дополняя в ...