Ядерный синтез

Ядерный синтез объединяет лёгкие ядра в более тяжёлые продукты. Энергия может выделяться, если продукты имеют большее энергия связи на нуклон, однако положительно заряженные ядра отталкиваются по закон Кулона. Нужны подходящие температура, плотность и заключение, чтобы достаточное число столкновения достигало ядерные расстояния.

Ядерный синтез²H + ³H → ⁴He + n
Кулоновский барьер. На больших расстояниях доминирует электростатическое отталкивание, а привлекательное сильное взаимодействие становится сильной только на очень малых расстояниях.

Кулоновский барьер

На больших расстояниях доминирует электростатическое отталкивание, а привлекательное сильное взаимодействие становится сильной только на очень малых расстояниях.

Квантовое туннелирование даёт конечная вероятность реакции даже при энергии столкновения ниже классической вершины барьер.

Распределение температуры

Высокая T увеличивает среднюю энергия столкновения и высокоэнергетический хвост распределения.

Скорость слияния зависит от среднего поперечное сечение×скорость по всему распространение, а не от одной характерной энергии.

Результат

Результат: MeV

Д-Т-реакция

²H+³H→⁴He+n+17,6 MeV — стандартный пример. Энергия делится главным образом между альфа и нейтрон согласно сохранение импульса.

Нейтрон не удерживается магнитное поле и переносит значительную энергия в окружающий материал.

Ядерный синтезQ = 17.6 MeV
Распределение температуры. Высокая T увеличивает среднюю энергия столкновения и высокоэнергетический хвост распределения.

Происхождение энергии связи

Энергия термоядерного синтеза не создаётся просто давлением. Q=(m_i−m_f)c², и продукты имеют меньшую общая масса покоя.

Движение лёгких ядра к области Fe–Ni повышенного B/A может быть энергетически выгодным.

Плазма и заключение

При температуры плавления вещество — плазма. Магнитное удержание удерживает заряженные частицы полями, инерционное удержание сжимает топливо на короткое время.

Температура одна недостаточна: плотность и время заключения столь же важны.

Звёзды

В звезды гравитация обеспечивает заключение. Солнце получает энергию в основном через протон-протонная цепочка, а не Лабораторный цикл Д – Т.

Скорость реакции крайне чувствительны к температура, композиция и вероятности туннелирования.

Прирост энергии

Прирост плазмы, целевой прирост и электрическая выгода установки относятся к разным границы системы.

Утверждение о чистая мощность должно явно учитывать вспомогательное отопление и инженерные потери.

Плотность и реакционная скорость

Скорость слияния в плазма зависит не только от T, но и от плотности реагирующих ядра: типичная структура ставка содержит n₁n₂⟨σv⟩.

Разные топливные реакции имеют разные сечения, поэтому одинаковая температура не означает одинаковую производительность слияние.

Разобранный пример

D–T

²H+³H.

Решение

⁴He+n+17,6 MeV.

Туннелирование

Зачем?

Решение

Даёт конечную вероятность пройти Кулоновский барьер.

Q

Почему выделяется энергия?

Решение

Масса остатка продуктов меньше.