नाभिकीय संलयन

नाभिकीय संलयन में दो हल्के नाभिक मिलकर अधिक भारी नाभिक बनाते हैं। यदि उत्पाद की कुल बाकी द्रव्यमान कम और प्रति न्यूक्लियॉन बंधनकारी ऊर्जा अधिक हो, तो बड़े पैमाने पर अंतर ऊर्जा के रूप में निकल सकती है। तारों की ऊर्जा और पृथ्वी पर नियंत्रित संलयन अनुसंधान इसी भौतिकी पर आधारित हैं।

संलयन से ऊर्जा क्यों निकल सकती है

बाइंडिंग-ऊर्जा-प्रति-न्यूक्लियॉन वक्र हल्के नाभिक के लिए द्रव्यमान संख्या बढ़ने पर तेजी से ऊपर जाती है। यदि दो हल्के नाभिक का संलयन उन्हें अधिक कसकर बंधी हुई अंतिम अवस्था में ले जाता है, अंतिम विश्राम द्रव्यमान प्रारंभिक द्रव्यमान से कम होती है और Q=(m_i−m_f)c² सकारात्मक होता है।

यह नियम हर संभावित संलयन प्रतिक्रिया को स्वचालित रूप से अनुकूल नहीं बनाता। सटीक परमाणु द्रव्यमान, अनुमत क्वांटम अवस्थाएँ और प्रतिक्रिया चैनल तय करते हैं कि Q सकारात्मक है या नहीं।

कूलम्ब बाधा और सुरंग बनाना

दो सकारात्मक नाभिक के बीच कूलम्ब प्रतिकर्षण उन्हें पास आने से रोकती है। शास्त्रीय चित्र में बहुत उच्च गतिज ऊर्जा चाहिए, लेकिन क्वांटम टनलिंग कम ऊर्जा पर भी परिमित संलयन संभावना देता है।

प्रतिक्रिया दर केवल तापमान से नहीं; घनत्व, सुरंग खोदने की संभावना और परमाणु पार अनुभाग पर निर्भर है। इसलिए 'बहुत गर्म = निश्चित संलयन' गलत सरलीकरण है।

तारकीय संलयन

रवि जैसे मुख्य अनुक्रम सितारे में प्रोटॉन-प्रोटॉन श्रृंखला हाइड्रोजन को हीलियम में बदलती है। पहला कमज़ोर-इंटरैक्शन चरण धीमा है और यही तारकीय जीवनकाल को लंबा रखने में महत्वपूर्ण है। विशाल तारे का तापमान अधिक होता है पर सीएनओ चक्र और बाद के जलने के चरण चला सकते हैं।

सितारे में संलयन गुरुत्वाकर्षण कारावास और अत्यधिक घनत्व/समय का पैमाना से निरंतर होती है; प्रयोगशाला रिएक्टर वही पर्यावरण पुनरुत्पादन नहीं करता।

डी-टी संलयन

D + T → ^4He (3.5 MeV) + n (14.1 MeV), कुल लगभग 17.6 MeV। आवेशित अल्फा प्लाज्मा में ऊर्जा जमा कर सकती है, जबकि न्यूट्रॉन बाहर निकलकर कम्बल और संरचनात्मक सामग्री के साथ बातचीत करें करता है।

न्यूट्रॉन ऊर्जा पर कब्जा, सक्रियण और सामग्री क्षति इंजीनियरिंग के बड़े चुनौतियाँ हैं। संलयन प्रतिक्रिया स्वच्छ रसायन शास्त्र नहीं; परमाणु उत्पाद और विकिरण लेखा आवश्यक है।

कारावास और लॉसन कसौटी

नियंत्रित संलयन में प्लाज्मा को पर्याप्त तापमान, घनत्व और कारावास का समय चाहिए। चुंबकीय कारावास टोकामक/तारकीय क्षेत्र उपयोग करते हैं; जड़त्वीय कारावास तीव्र संपीड़न से अल्पकालिक उच्च घनत्व बनाती है।

लॉसन-प्रकार मानदंड ऊर्जा लाभ के लिए एन.टीτ_E या संबंधित ट्रिपल उत्पाद को मात्रा निर्धारित करना करते हैं। वैज्ञानिक तोड़-फोड़, इंजीनियरिंग ब्रेकइवन और वाणिज्यिक शुद्ध बिजली अलग मील के पत्थर हैं।

अभ्यास

डी-टी ऊर्जा

एक प्रतिक्रिया में 17.6 MeV।

हल: ≈2.82×10⁻¹² J प्रति प्रतिक्रिया।

सामूहिक दोष

Δm=0.0189 u।

हल: Q≈0.0189×931.5≈17.6 MeV।

बाधा

तापमान बढ़े तो क्या बदलता है?

हल: उच्चतर गतिज-ऊर्जा पूँछ और टनलिंग-भारित प्रतिक्रिया दर बढ़ सकती है।