Большая Советская энциклопедия - термоядерные реакции

ядерные реакции между лёгкими атомными ядрами, протекающие при очень высоких температурах (порядка 10⁷ К и выше). Высокие температуры, то есть достаточно большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления электростатического барьера, обусловленного взаимным отталкиванием ядер (как одноимённо заряженных частиц). Без этого невозможно сближение ядер на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил, а следовательно, и «перестройка» ядер, происходящая при Т. р. Поэтому Т. р. в природных условиях протекают лишь в недрах звёзд, а для их осуществления на Земле необходимо сильно разогреть вещество ядерным взрывом, мощным газовым разрядом, гигантским импульсом лазерного излучения или бомбардировкой интенсивным пучком частиц.

Т. р., как правило, представляют собой процессы образования сильно связанных ядер из более рыхлых и потому сопровождаются выделением энергии (точнее, выделением в продуктах реакции избыточной кинетической энергии, равной увеличению энергии связи). При этом сам механизм этого «экзоэнергетического» сдвига к средней части периодической системы элементов Менделеева здесь противоположен тому, который имеет место при делении тяжёлых ядер: почти все практически интересные Т. р. — это реакции слияния (синтеза) лёгких ядер в более тяжёлые. Имеются, однако, исключения: благодаря особой прочности ядра ⁴He (α-частица) возможны экзоэнергетические реакции деления лёгких ядер (одна из них, «чистая» реакция ¹¹B + р → 3⁴Не + 8,6 Мэв, привлекла к себе интерес в самое последнее время).

Большое энерговыделение в ряде Т. р. обусловливает важность их изучения для астрофизики, а также для прикладной ядерной физики и ядерной энергетики. Кроме того, чрезвычайно интересна роль Т. р. в дозвёздных и звёздных процессах синтеза атомных ядер химических элементов (нуклеогенеза).

Скорости Т. р. В табл. 1 для ряда Т. р. приведены значения энерговыделения, основной величины, характеризующей вероятность Т. р. — её максимального эффективного поперечного сечения (См. Эффективное поперечное сечение) (σмакс, и соответствующей энергии налетающей (в формуле реакции — первой слева) частицы.

Главная причина очень большого разброса сечений Т. р. — резкое различие вероятностей собственно ядерных («послебарьерных») превращений. Так, для большинства реакций, сопровождающихся образованием наиболее сильно связанного ядра ⁴He, сечение велико, тогда как для реакций, обусловленных слабым взаимодействием (См. Слабые взаимодействия) (например, р + р → D + е⁺ + ν), оно весьма мало.

Т. р. происходят в результате парных столкновений между ядрами, поэтому число их в единице объёма в единицу времени равно n1n2 , где n1, n2 — концентрации ядер 1-го и 2-го сортов (если ядра одного сорта, то n1n2 следует заменить на ½n²), v — относительная скорость сталкивающихся ядер, угловые скобки означают усреднение по скоростям ядер v [распределение которых в дальнейшем принимается максвелловским (см. Максвелла распределение)].

Температурная зависимость скорости Т. р. определяется множителем < vσ(v) >. В практически важном случае «не очень высоких» температур T она может быть приближённо выражена в виде, одинаковом для всех Т. р. В этом случае относительные энергии emЕ/em сталкивающихся ядер, как правило, значительно ниже высоты кулоновского барьера (последняя даже для комбинации ядер с наименьшим зарядом emz/em = 1 составляет strongТермоядерные реакции/strong 200 emКэв,/em что соответствует, по соотношению emE = kT, T strongТермоядерные реакции/strong /em2․10sup9 /supK) и, следовательно, вид emσ(v)/em определяется в основном вероятностью «туннельного» прохождения сквозь барьер (см. Туннельный эффект)em,/em а не собственно ядерным взаимодействием, в ряде случаев обусловливающим «резонансный» характер зависимости emσ(v) /em(именно такая зависимость проявляется в наибольших из значений σsubмакс/sub в таблице 1). Результат имеет вид /div/pp /divdiv class='voctext2' div < emvσ(v) /em> = const․Т^-2/3ехр}