БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)
- Название:Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)
- Автор:
- Жанр:
- Издательство:неизвестно
- Год:неизвестен
- ISBN:нет данных
- Рейтинг:
- Избранное:Добавить в избранное
-
Отзывы:
-
Ваша оценка:
БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) краткое содержание
Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) - читать онлайн бесплатно полную версию (весь текст целиком)
Интервал:
Закладка:
Т. р. во Вселеннойиграют двоякую роль — как основной источник энергии звёзд и как механизм нуклеогенеза. Для нормальных гомогенных звезд, в том числе Солнца, главным процессом экзоэнергетического ядерного синтеза является сгорание Н в Не, точнее, превращение 4 протонов в ядро 4He и 2 позитрона. Этот результат можно получить двумя путями (Х. Бете и др., 1938—39): 1) в протон — протонной (рр) цепочке, или водородном цикле; 2) в углеродно-азотном (CN), или углеродном, цикле (таблицы 2 и 3).
Первые 3 реакции входят в полный цикл дважды. Времена реакций рассчитаны для условий в центре Солнца: Т = 13 млн К (по другим данным — 16 млн К), плотность Н — 100 г /см 3 . В скобках указана часть энерговыделения, безвозвратно уходящая с n.
В CN-цикле ядро 12С играет роль катализатора. Для Солнца и менее ярких звёзд в полном энерговыделении преобладает рр-цикл, а для более ярких звёзд — CN-цикл.
Табл. 2. — Водородный цикл
Реакция | Энерговыделение, Мэв | Среднее время реакции |
р + р ® D+e ++ v е ++ е –®2g p + D ® 3He + g 3Не + 3Не ® 4Не+2р | 2×0,164 + (2×0,257) 2×1,02 2×5,49 12,85 | 1,4×10 10 лет — 5,7 сек 10 6лет |
Итого 4p ® 4He + 2e + | 26,21 + (0,514) |
Водородный цикл разветвляется на 3 варианта. При достаточно больших концентрациях 4He и T > (10 ¸ 15) млн К, в полном энерговыделении начинает преобладать др. ветвь рр-цикла, отличающаяся от приведённой в таблице 2 заменой реакции 3He + 3He на цепочку:
3He + 4He ® 7Be + g, 7Be + e – ® 7Li + g,
p + 7Li ® 2 4He,
а при ещё более высоких Т — третья ветвь:
3He + 4He ® 7Be + g, р + 7Ве ® 8В + g,
8B ® 8Be + e ++ n, 8Be ® 2 4He.
Для звёзд-гигантов с плотными выгоревшими (по содержанию Н) ядрами существенны гелиевый и неоновый циклы Т. р.; они протекают при значительно более высоких температурах и плотностях, чем рр- и CN-циклы. Основной реакцией гелиевого цикла, идущей, начиная с T » 200 млн К, является так называемый процесс Солпитера: 3 4He ® 12C + g 1+ g 2+ 7,3 Мэв (процесс не строго тройной, а двухступенчатый, идущий через промежуточное ядро 8Be). Далее могут следовать реакции 12C + 4Не ® 16O + g, 16O + 4He ® 20Ne + g ; в этом состоит один из механизмов нуклеогенеза. Возможность процесса Солпитера, а тем самым и нуклеогенеза большинства элементов (предпосылка возникновения всех форм жизни!) связана с таким случайным обстоятельством, как большая «острота» резонанса в ядерной реакции 3 4Не ® 12С, обеспечиваемая наличием подходящего дискретного уровня энергии у ядра 8Be.
Если продукты реакций гелиевого цикла вступят в контакт с Н, то осуществляется неоновый (Ne—Na) цикл, в котором ядро 20Ne играет роль катализатора для процесса сгорания Н в Не. Последовательность реакций здесь вполне аналогична CN-циклу (табл. 3), только ядра 12C, 13N, 13C, 14N, 15O, 15N заменяются соответственно ядрами 20Ne, 21Na, 21Ne, 22Na, 23Na, 23Mg.
Табл. 3. — Углеродный цикл
Реакция | Энерговыделение, Мэв | Среднее время реакции |
р + 12С ® 13N + g | 1,95 | 1,3×10 7 лет |
13N ® 13С + е ++ v | 1,50(0,72) | 7,0 мин |
р + 13С ® 14N + g | 7,54 | 2,7×10 6 лет |
р + 14N ® 15O + g | 7,35 | 3,3×10 8 лет |
15O ® 15N + e ++v | 1,73 + (0,98) | 82 сек |
р + 15N ® 12С + 4Не | 4,96 | 1,1×10 5лет |
Итого 4р ® 4Не + 2е + | 25,03 + (1,70) |
Мощность этого цикла как источника энергии невелика. Однако он, по-видимому, имеет большое значение для нуклеогенеза, так как одно из промежуточных ядер цикла ( 21Ne) может служить источником нейтронов: 21Ne + 4He ® 24Mg + n (аналогичную роль может играть и ядро С, участвующее в CN-цикле). Последующий «цепной» захват нейтронов, чередующийся с процессами b --распада, является механизмом синтеза всё более тяжёлых ядер.
Средняя интенсивность энерговыделения e в типичных звёздных Т. р. по земным масштабам ничтожна. Так, для Солнца (в среднем на 1 г солнечной массы) . Это гораздо меньше, например, скорости энерговыделения в живом организме в процессе обмена веществ. Однако вследствие огромной массы Солнца (2×10 33 г ) полная излучаемая им мощность (4×10 26 вт ) чрезвычайно велика (она соответствует ежесекундному уменьшению массы Солнца на ~ 4 млн. т ) и даже ничтожной её доли достаточно, чтобы оказывать решающее влияние на энергетический баланс земной поверхности, жизни и т. д.
Из-за колоссальных размеров и масс Солнца и звёзд в них идеально решается проблема удержания (в данном случае — гравитационного) и термоизоляции плазмы: Т. р. протекают в горячем ядре звезды, а теплоотдача происходит с удалённой и гораздо более холодной поверхности. Только поэтому звёзды могут эффективно генерировать энергию в таких медленных процессах, как рр- и CN-циклы (табл. 2 и 3). В земных условиях эти процессы практически неосуществимы; например, фундаментальная реакция р + p ® D + е ++ n непосредственно вообще не наблюдалась.
Т. р. в земных условиях.На Земле имеет смысл использовать лишь наиболее эффективные из Т. р., связанные с участием изотопов водорода D и Т. Подобные Т. р. в сравнительно крупных масштабах осуществлены пока только в испытательных взрывах термоядерных, или водородных бомб (см. Ядерное оружие ) . Энергия, высвобождающаяся при взрыве такой бомбы (10 23— 10 24 эрг ) , превышает недельную выработку электроэнергии на всём земном шаре и сравнима с энергией землетрясений и ураганов. Вероятная схема реакций в термоядерной бомбе включает Т. р. 12, 7, 4 и 5 (табл. 1). В связи с термоядерными взрывами обсуждались и др. Т. р., например 16,14, 3.
Путём использования Т. р. в мирных целях может явиться управляемый термоядерный синтез (УТС), с которым связывают надежды на решение энергетических проблем человечества, поскольку дейтерий, содержащийся в воде океанов, представляет собой практически неисчерпаемый источник дешёвого горючего для управляемых Т. р. Наибольший прогресс в исследованиях по УТС достигнут в рамках советской программы «Токамак». Аналогичные программы к середине 70-х гг. 20 в. стали энергично развиваться и в ряде др. стран. Для УТС наиболее важны Т. р. 7,5 и 4 [а также 12 для регенерации дорогостоящего Т]. Независимо от энергетических целей термоядерный реактор может быть использован в качестве мощного источника быстрых нейтронов. Однако значительное внимание привлекли к себе и «чистые» Т. р., не дающие нейтронов, например 10, 20 (табл. 1).
Лит.: Арцимович Л. А., Управляемые термоядерные реакции, 2 изд., М., 1963; Франк-Каменецкий Д. А., Физические процессы внутри звезд, М., 1959; Термоядерные реакции, в кн.: Проблемы современной физики, М., 1954, в. 1; Fowler W. A., Caughlan G. R., Zimmerman В. A., «Annual Review of Astronomy and Astrophysics», 1967, v. 5, p. 525.
В. И. Коган.
Термоядерный ракетный двигатель
Интервал:
Закладка: