Термоядро синтез реяаксияларини бошқариш муаммоси

Термоядро синтез реяаксияларини бошқариш муаммоси
1.Термоядро синтез реаксиялари
2. Термоядро реаксиялари ҳосил бўлиши
Солиштирма боғланиш енергиясининг масса сонига боғлиқлигидан маълумки, йенгил ядроларининг қўшилиши натижасида юз берадиган синтез реаксия екзотермик бо`либ, бу реаксиялардан битта нуклонга то`г`ри келувчи ажралган енергия оғир ядроларнинг бўлинишида ажралган енергиядан анча катта бўлади. Йенгил ядроларнинг қъўшилиб синтез реаксиясини амалга ошириши учун мусбат зарядли икки атом ядросини бир-бирига яқинлаштириш, улар орасидаги кулон итарилиш кучини йенгиш лозим. Зарядлари Z₁e ва + Z₂e бўлган икки ядро орасидаги кулон тўсиғи баландлиги

га тенг бўлади. R₁₂=R₁+R₂ - ядролар орасидаги масофа, R₁, R₂ - биринчи ва иккинчи ядро радиуси. Кулон потенсиал тўсиғини йенгишга йетарли енергияга ега бўлиши зарур. Шундай қилиб, кинетик енергияси йетарли даражада катта бўлган ядроларгина синтез реаксиясини ҳосил қила олади. Бундай ядроларни (реагентларни) жуда юқори температурагача қиздириш ҳисобига олиш мумкин. Aгар керакли температура синтез реаксияси жараёнида ҳосил бўладиган бўлса, у ҳолда реаксия ўз-ўзини таъминлайдиган бўлади. Умуман олганда, кучли қиздириш ҳозирча маълум бўлган ягона услубдир. Шунинг учун бу усул билан ҳосил қилинадиган синтез реаксияларини термоядро реаксиялари деб аталади. Зарранинг кинетик енергияси билан ҳарора орасида қуйидагича боғланиш мавжуд:

Масалан, икки протон Кулон тўсиғи (3) га асосан 1 МеВ га тўғри келса, термоядро реаксияси юз бериши учун Т-1,16*1010К температурагача қиздириш лозим. У Қуёш марказидаги ҳароратдан тахминан 100 марта катта. Термоядровий синтезни иссиқлик услуби билан ҳосил қилиш мумкин емасдек кўринади. Лекин қуйидаги иккита муҳим омилни ҳисобга олсак: биринчидан зарраларнинг енергия бўйича тақсимоти Максвелл қонунига бўйсинади, яъни берилган температурада ядроларнинг маълум қисми ўртача енергиядан каттароқ енергияга ега бўлади, иккинчидан, Кулон потенсиал тўсиғидан енергияси кичик Еkul бўлган ядролар ҳам туннел еффекти ҳисобига кулон бареридан ўтиб реаксияга киришиши мумкин. Шунинг учун табиатда термоядро реаксиялари интенсив юз беради ва Қуёш ҳамда бошқа юлдузларнинг енергия манбаи бўлади. Синтез реаксиясини реаксияда қатнашадиган ядроларни тезлатгичлар ўрамида тезлаштириб кейин ўзаро тўқнаштириш йўли билан амалга ошириш кутилган натижаларни
бермади. Бунда тезлатиш учун сарф бўлган енергия синтез натижасида ажралиб чиқадиган енергиядан катта, ундан ташқари, синтез реаксияларининг кесими ионизация кесимидан 8-9 тартибга кичик. Шунинг учун тезлатилган йенгил ядроларнинг енг кўп қисми, синтез реаксиясига емас балки, нишон атомларини уйғотиш ва ионизацияга сарфлайди. Демак, ҳозирча термоядро реаксиясини олиш учун дейтерий-тритий реаксиясидан фойдаланиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.
бу реаксия Кулон тўсиғи кичик, паст енергияда катта кесимга ега. Бу реаксиянинг ҳар бир нуклонга тўғри келувчи енергия чиқариши Оғир ядроларнинг бўлинишидаги q~1МеВ. Келажакда дейтерий-дейтерий реаксияси асосида синтез реаксиясини ҳосил қилиш мўлжалланган:
реаксиядан бу реаксиянинг кўрсаткичлари бир мунча паст, лекин реаксия устунлиги шундаки, уларда фақат дейтронлар иштирок етади. Дейтерийнинг Йердаги манбаи туганмас, чунки у океан сувидаги ҳамма водороднинг 0,015% ни ташкил қилади. 250 г сувдаги дейтерий 1 кг кўмир ёнгандаги иссиқликни беради. Океанлардаги сув тахминан 1,45* 1024 кг бу еса 6*1018 кг кўмирга еквивалент, бу еса Йер массаси (6*1021кг) нинг 10-3 қисмига тенг.
Термоядро бўлиниш реаксияларидан ҳам фойдаланиш мумкин.
Термоядровий реаксиялардан сўнг радиактив чиқиндилар ва нейтронлар оқимидан иборат бўлган нурланиш ҳосил бўлмайди. Юқорида синтез реаксияси третий 1 3Ҳ ва дейтерий 1 2Ҳ лар билан бўлишлиги мақсадга мувофиқлигини таъкидладик. Третий 1 3Ҳ радиоактив ярим йемирилиш даври Т1/2=12,3 йил табиий ҳолатда учрамайди. Сунъий равишда реакторда вужудга келувчи н-лар билан 2 6Ли-ни нурлантириш билан ҳосил қилинади.
Синтез реаксияси жараёнида 1 3Ҳ ни ҳосил қилишлик учун (3) дейтрон -третий реаксиясида вужудга келган н-лардан фойдаланишлик лозим. Бунинг учун (7) реаксияга кўра реактор деворларини литий билан ўраб қўйишлик лозим. Бу қопламага литий бланкети дейилади. Шундай қилиб, (д,т) реаксиясида вужудга келган н-реактор деворларидаги литий Ли билан реаксияга киришиб, бевосита реакторда третий Ҳ ҳосил қилишади. Ли ўмига асосий Ли изотопи олинса (табиий ҳолда литийнинг Ли-7,52 %, Ли- 92,18% ташкил етади), ендотермик реаксия кузатилади.
Бу реаксия енергия жиҳатидан ноқулай бўлсада, нейтронларни йўқотмасдан тритийни ҳосил қилиш мумкин. Табиатда литий заҳираси исталганча йетарли. шунинг учун айтиш мумкинки, (д,т) реаксиялари бўлишлиги фақатгина дейтерий миқдорига боғлиқ.
Барқарор термоядро реаксиялари мавжуд бўлиши учун плазма температураси Т, консентрациялари бир хил н/2 бўлган дейтерий ва тритий аралашмасидан ишчи ҳажмда т- вақтни ушлаб туриши лозим, албатта термоядро реаксиялари рўй бераётганда ажралиб чиқадиган енергия миқдори ёнилғи аралашмасини қиздириш ва бошқа исрофгарчиликларга сарф бўлаётган енергия миқдоридан ортиқ бўлиши, бунинг учун плазманинг зичлиги ҳам юқори бўлиши лозим. Ҳажм бирлигида синтез жараёнлар сони
Бу йерда n_D, n_T-дейтерий ва тритий консентрацияси, - плазмани иссиқ ҳолда ушлаб туриш вақти, а (Т)-ҳарорат функцияси бўлиб, плазмада иссиқлик алмашиниш ва реаксия кесимининг енергияга боғлиқлигин ифодалайди. Бир синтез актида Q енергия ажралса, -вақт ичида ҳажм бирлигидаги QN енергия ажралади. Бу иссиқлик енергиядан олинадиган електр енергия: бундан фойдали иш коеффициенти бўлиб, бир енергияни (иссиқлик) иккинчи (електр) хил енергияга айлантириш коеффициенти деб ҳам аталади. Плазмани қиздирганда қуйидаги енергия сарфланади: Бу формуладаги 2 коеффициент плазмадаги ионлар ва електронлар мавжудлигини ҳисобга олади. Термоядро реаксия екзотермик бўлиши учун ажралган енергия катта бўлиши, яни Wел >Wис бўлишлиги лозим, бу еса -га боғлиқ.
Бу йерда n=n_D+n_T, плазма тўла консентрацияси n_D= n/2 да реаксия минимал бўлишини еътиборга олиб ифодадан ёза оламиз.
Бундан
Кичик ҳароратлар соҳасида Т нинг ортиши билан f(Т) функция камаяди. чунки реаксия кесими ортади. Юқори ҳароратларда f(Т) аксинча, Т нинг ортиши билан ортади. Шунинг учун ҳароратнинг маълум Т=T₀ қийматида f(Т) функция минимумга ега бўлади. Бу ҳарорат бошқарилувчи термоядровий синтез учун енг қулай ҳароратдир. реаксия учун =1/3, Q = 17,6МеВ қиймати олинса, Т₀-2*108 К тўғри келади,ф(Т) учун 1020 с\м³ келиб чиқади. Шундай қилиб, дейтерий-тритий реаксиясининг ҳосил бо`лиш шарти
n_T> 10²⁰ * с / (м ³) : Т₀=2*10 К (17 кеВ)