Физическая энциклопедия - мюонный катализ

явление синтеза (слияния) ядер изотопов водорода при норм. условиях, происходящее при существ. участии мюонов. В отсутствие мюонов вероятность таких реакций, напр. дейтерия d+d В® 3Не+n; t+p или дейтерия и трития d+tВ®4He+n, требует высоких энергий сталкивающихся ч-ц (эквивалентных нагреванию в-ва на неск. десятков сотни млн. град.). При торможении отрицательно заряж.

мюонов в смеси изотопов водорода образуются мюонные атомы (см. МЕЗОАТОМ) рm, и dm,. Из-за малых размеров и электронейтральности мезоатомы водорода ведут себя подобно нейтронам: они могут свободно проникать через электронные оболочки атомов и подходить на близкие расстояния к ядрам др. атомов. При этом происходят многообразные m-атомные и m-молекулярные явления, такие, как перехват мюонов ядрами более тяжёлых изотопов: рm+d В®dm+p, образование мюонных молекул: dm+pВ®pdm, и т.

д. В мюонных молекулах ядра удалены друг от друга на расстояния =5•10-11 см, что в сотни раз меньше ср. расстояний между ядрами в жидком и газообразном водороде. Поэтому в мюонных молекулах вероятность слияния ядер, напр. по реакциям pdm В®3Не+m-, ddmВ®3He+n+mи др., в миллионы раз больше, чем при столкновении m-атома с ядром по реакции dm+pВ®3He+m-.

Освободившийся mвновь может образовать мезоатом dm и повторить ещё раз всю цепочку реакций dm+p >pdmВ®3He+mи т. д. В принципе число таких реакций ограничено лишь временем жизни мюона t==2.2•10-6 с. Однако в действительности почти всегда мюон в процессе реакции «прилипает» к образовавшемуся ядру гелия pdm В®m3Не+g и в дальнейшем не участвует в цикле последоват.

реакций, приводящих к синтезу ядер. Эта реакция «отравления катализатора» не столь существенна при синтезе ядер дейтерия ddmВ®3He+n+m-, в к-рой только 12% мюонов прилипают к ядру 3Не по реакции ddm В®m3He+n. На возможность каталитич. цепочки реакций указал Ф. Франк (США, 1947). В 1959 Я. Б. Зельдович выполнил первые расчёты этого процесса, а в 1957 амер.

физик Л. Альварес наблюдал его экспериментально. К нач. 80-х гг. М. к. яд. реакций синтеза хорошо изучен как экспериментально, так и теоретически. В 1977 в результате теоретич. расчётов было обнаружено существование у мезомолекулы dtm, слабосвязанного состояния с энергией =1 эВ. Благодаря наличию такого состояния мезомолекулы dtm, должны образовываться резонансным образом с большой скоростью (в конденсированной среде за время ?10-8 с). В 1979 этот вывод был подтверждён экспериментально в Лаборатории яд. проблем ОИЯИ (Дубна). Т. к, вероятность прилипания mк 4Не. образовавшемуся в реакции dtm В®4Не+n+m-+17,6 МэВ, составляет =1%, то один mв смеси дейтерия и трития может осуществить =100 актов катализа и освободить при этом =2 ГэВ энергии и =100 нейтронов.

Изучаются возможности практич. использования этого явления для получения яд. энергии. .