“Abbiamo detto che avremmo messo il Sole in una scatola. L'idea è fantastica. Ma il problema è che non sappiamo come creare questa scatola” - Pierre Gilles de Gennes, premio Nobel per la fisica nel 1991.

Mentre ci sono parecchi elementi pesanti necessari per le reazioni nucleari sulla Terra e nello spazio in generale, ci sono molti elementi leggeri per le reazioni termonucleari sia sulla Terra che nello spazio. Pertanto, l'idea di utilizzare l'energia termonucleare a beneficio dell'umanità è arrivata quasi immediatamente con la comprensione dei processi alla base di essa - questo prometteva possibilità davvero illimitate, poiché le riserve di combustibile termonucleare sulla Terra avrebbero dovuto essere sufficienti per decine di migliaia di persone. anni a venire.

Già nel 1951 apparvero due direzioni principali per lo sviluppo dei reattori termonucleari: Andrei Sakharov e Igor Tamm svilupparono un'architettura tokamak in cui la camera di lavoro era un toro, mentre Lyman Spitzer propose un'architettura dal design più intricato nella forma che ricorda maggiormente un reattore termonucleare. Nastro di Möbius invertito non una, ma più volte.

La semplicità del design fondamentale del tokamak ha consentito per lungo tempo lo sviluppo di questa direzione aumentando le caratteristiche dei magneti convenzionali e superconduttori, nonché aumentando gradualmente le dimensioni del reattore. Ma con l'aumento dei parametri del plasma, iniziarono gradualmente ad apparire problemi con il suo comportamento instabile, che rallentarono il processo.

La complessità del design dello stellatore ha portato al fatto che, dopo i primi esperimenti negli anni '50, lo sviluppo di questa direzione per molto tempo fermato. Ha ricevuto una nuova prospettiva di vita abbastanza recentemente con l'avvento di sistemi moderni progettazione assistita da computer, che ha permesso di progettare lo stellatore Wendelstein 7-X con i parametri e la precisione progettuale necessari per il suo funzionamento.

Fisica del processo e problemi nella sua attuazione

Gli atomi di ferro hanno un'energia di legame massima per nucleone, cioè una misura dell'energia che deve essere spesa per dividere un atomo nei suoi neutroni e protoni costituenti, divisa per il loro numero totale. Tutti gli atomi con massa minore e maggiore hanno questo indicatore sotto il ferro:

In questo caso, nelle reazioni termonucleari della fusione di atomi leggeri fino al ferro, viene rilasciata energia e la massa dell'atomo risultante diventa leggermente inferiore alla somma delle masse degli atomi iniziali di una quantità correlata all'energia rilasciata secondo la formula E = mc² (il cosiddetto difetto di massa). Allo stesso modo, l'energia viene rilasciata durante le reazioni di fissione nucleare di atomi più pesanti del ferro.

Durante le reazioni di fusione atomica viene rilasciata un'enorme energia, ma per estrarre questa energia bisogna prima fare un certo sforzo per superare le forze repulsive tra i nuclei atomici carichi positivamente (superare la barriera di Coulomb). Dopo che siamo riusciti a portare insieme una coppia di atomi alla distanza richiesta, entra in gioco l'interazione nucleare forte, che lega neutroni e protoni. Per ogni tipo di combustibile, la barriera di Coulomb per l'inizio di una reazione è diversa, così come è diversa temperatura ottimale reazioni:

In questo caso, le prime reazioni termonucleari degli atomi iniziano a essere registrate molto prima che la temperatura media della sostanza raggiunga questa barriera a causa del fatto che l'energia cinetica degli atomi è soggetta alla distribuzione di Maxwell:

Ma la reazione a una temperatura relativamente bassa (dell'ordine di diversi milioni di °C) procede in modo estremamente lento. Quindi diciamo che al centro la temperatura raggiunge i 14 milioni di °C, ma la potenza specifica della reazione termonucleare in tali condizioni è di soli 276,5 W/m³, e il Sole impiega diversi miliardi di anni per consumare completamente il suo combustibile. Tali condizioni sono inaccettabili reattore a fusione, poiché a un livello così basso di rilascio di energia spenderemo inevitabilmente di più per il riscaldamento e la compressione del combustibile termonucleare di quanto riceveremo in cambio dalla reazione.

All’aumentare della temperatura del combustibile, una percentuale crescente di atomi comincia ad avere energia che supera la barriera di Coulomb e l’efficienza della reazione aumenta, raggiungendo il suo picco. Con un ulteriore aumento della temperatura, la velocità di reazione ricomincia a diminuire a causa del fatto che l'energia cinetica degli atomi diventa troppo elevata ed essi si "superano" a vicenda, non potendo essere tenuti insieme da una forte interazione nucleare.

Pertanto, la soluzione su come ottenere energia da una reazione termonucleare controllata è stata ottenuta abbastanza rapidamente, ma l'attuazione di questo compito è stata ritardata per mezzo secolo e non è stata ancora completata. La ragione di ciò risiede nelle condizioni davvero folli in cui si è rivelato necessario collocare il combustibile termonucleare: per una resa positiva della reazione, la sua temperatura doveva essere di diverse decine di milioni di °C.

Nessun muro poteva resistere fisicamente a una tale temperatura, ma questo problema ha portato quasi immediatamente alla sua soluzione: poiché una sostanza riscaldata a tali temperature è un plasma caldo (gas completamente ionizzato) caricato positivamente, la soluzione si è rivelata in superficie - dovevamo solo posizionare il plasma così riscaldato in un forte campo magnetico, che manterrà il combustibile termonucleare a distanza di sicurezza dalle pareti.

Progressi verso la sua attuazione

La ricerca su questo argomento sta andando in diverse direzioni contemporaneamente:

1. Utilizzando magneti superconduttori, gli scienziati stanno cercando di ridurre l'energia spesa per innescare e mantenere la reazione;
2. con l'aiuto di nuove generazioni di superconduttori, l'induzione aumenta campo magnetico all'interno del reattore, che consente di trattenere plasma con densità e temperature più elevate, che aumenta la potenza specifica dei reattori per unità di volume;
3. ricerca nel campo del plasma caldo e progressi nel settore informatica consentire un migliore controllo dei flussi di plasma, avvicinando così i reattori a fusione ai loro limiti teorici di efficienza;
4. I progressi nell’area precedente ci permettono anche di mantenere il plasma in uno stato stabile più a lungo, il che aumenta l’efficienza del reattore perché non abbiamo bisogno di riscaldare il plasma così spesso.

Nonostante tutte le difficoltà e i problemi che si frappongono alla reazione termonucleare controllata, questa storia si sta già avvicinando alla fine. Nel settore energetico, è consuetudine utilizzare l'indicatore EROEI - rendimento energetico sull'investimento energetico (il rapporto tra l'energia spesa nella produzione di carburante e la quantità di energia che alla fine ne otteniamo) per calcolare l'efficienza del carburante. E mentre l’EROEI del carbone continua a crescere, questo indicatore per il petrolio e il gas ha raggiunto il suo picco a metà del secolo scorso ed è ora in costante calo a causa del fatto che nuovi giacimenti di questi combustibili si trovano in luoghi sempre più inaccessibili e in continua crescita. profondità maggiori:

Allo stesso tempo, non possiamo nemmeno aumentare la produzione di carbone perché ricavarne energia è un processo molto sporco e sta letteralmente togliendo la vita a persone affette da varie malattie polmonari. In un modo o nell'altro, siamo ora sulla soglia della fine dell'era dei combustibili fossili - e queste non sono le macchinazioni degli ambientalisti, ma banali calcoli economici quando si guarda al futuro. Allo stesso tempo, l’EROI dei reattori termonucleari sperimentali, apparsi anch’essi a metà del secolo scorso, è cresciuto costantemente e nel 2007 ha raggiunto la barriera psicologica di uno – cioè quest’anno l’umanità è riuscita per la prima volta ad ottenere attraverso un reazione termonucleare più energia piuttosto che spendere per la sua attuazione. E nonostante il fatto che l'implementazione del reattore, gli esperimenti con esso e la produzione della prima centrale termonucleare dimostrativa DEMO basata sull'esperienza acquisita durante l'implementazione di ITER richiederanno ancora molto tempo. Non vi è più alcun dubbio che il nostro futuro sia in tali reattori.

La massa è una forma speciale di energia, come evidenziato dalla famosa formula di Einstein E = mc2. Ne consegue che è possibile convertire la massa in energia e l'energia in massa. E tali reazioni in realtà avvengono a livello intraatomico della materia. In particolare, parte della massa del nucleo atomico può essere convertita in energia, e ciò avviene in due modi. Innanzitutto, un nucleo grande può decadere in diversi nuclei piccoli: questo processo è chiamato reazione disintegrazione. In secondo luogo, diversi nuclei più piccoli possono combinarsi in uno più grande: questa è la cosiddetta reazione sintesi. Le reazioni di fusione nucleare sono molto diffuse nell'Universo: basti ricordare che è da esse che le stelle traggono la loro energia. Il decadimento nucleare oggi funge da una delle principali fonti di energia per l'umanità: viene utilizzato in centrali elettriche nucleari. Sia nelle reazioni di decomposizione che in quelle di sintesi, la massa totale dei prodotti di reazione è inferiore alla massa totale dei reagenti. Questa differenza di massa viene convertita in energia secondo la formula E = mc2.

Decadimento

In natura l'uranio si presenta sotto forma di numerosi isotopi, uno dei quali, l'uranio-235 (235 U), decade spontaneamente con rilascio di energia. In particolare, quando un neutrone sufficientemente veloce colpisce il nucleo di un atomo di 235 U, quest'ultimo si disintegra in due pezzi grandi e un numero di piccole particelle, solitamente comprendenti due o tre neutroni. Tuttavia, sommando le masse di grandi frammenti e particelle elementari, ci mancherà una certa massa rispetto alla massa del nucleo originale prima del suo decadimento sotto l'influenza di un impatto di neutroni. È questa massa mancante che viene rilasciata sotto forma di energia distribuita tra i prodotti di decadimento risultanti - innanzitutto, energia cinetica(energia del movimento). Le particelle in rapido movimento volano via dal luogo di disintegrazione e si scontrano con altre particelle di materia, riscaldandole.

Sono particelle che volano rapidamente via dal luogo del decadimento, ma non volano lontano, schiantandosi contro gli atomi vicini della sostanza e riscaldandoli. Pertanto, l'energia generata dal decadimento nucleare viene convertita in calore della materia circostante.

L'uranio estratto dal minerale di uranio naturale, l'isotopo dell'uranio-235, contiene solo lo 0,7% della massa totale dell'uranio - il restante 99,3% proviene dall'isotopo relativamente stabile (debolmente radioattivo) 238 U, che assorbe semplicemente i neutroni liberi senza decadere sotto la loro azione. influenza. Pertanto, utilizzare l'uranio come carburante nei reattori nucleari è necessario prima arricchire - cioè portare il contenuto dell'isotopo radioattivo 235 U ad un livello almeno del 5%.

Successivamente, l'uranio-235 nell'uranio naturale arricchito in un reattore nucleare si disintegra sotto l'influenza del bombardamento di neutroni. Di conseguenza, da un nucleo da 235 U vengono rilasciati in media 2,5 nuovi neutroni, ciascuno dei quali provoca il decadimento di altri 2,5 nuclei, e il cosiddetto reazione a catena. La condizione per la continuazione della reazione di decadimento non smorzato dell'uranio-235 è che il numero di neutroni rilasciati dai nuclei in decadimento superi il numero di neutroni che lasciano il conglomerato di uranio; in questo caso la reazione prosegue con il rilascio di energia.

In una bomba atomica, la reazione è deliberatamente incontrollata, a seguito della quale, in una frazione di secondo, un numero enorme di nuclei di 235 U si disintegra e viene rilasciata un'energia esplosiva di colossale distruttività. Nei reattori nucleari utilizzati nel settore energetico, la reazione di decadimento deve essere strettamente controllata per dosare l'energia rilasciata. Il cadmio è un buon assorbitore di neutroni; viene solitamente utilizzato per controllare il tasso di decadimento nei reattori delle centrali nucleari. Le barre di cadmio vengono immerse nel nocciolo del reattore al livello necessario per ridurre il tasso di rilascio di energia libera a limiti tecnologicamente ragionevoli e, se il rilascio di energia scende al di sotto del livello richiesto, le barre vengono parzialmente rimosse dal nocciolo di reazione, dopodiché la reazione di decadimento è intensificato al livello richiesto. Spicca energia termica poi nel modo consueto (tramite turbogeneratori) viene convertito in energia elettrica.

Sintesi

La fusione termonucleare è una reazione esattamente opposta alla reazione di decadimento nella sua essenza: i nuclei più piccoli si combinano in nuclei più grandi. La reazione più comune nell'Universo in generale è la reazione di fusione termonucleare dei nuclei di elio da nuclei di idrogeno: avviene continuamente nelle profondità di quasi tutte le stelle visibili. Nella sua forma pura, assomiglia a questo: quattro nuclei di idrogeno (protoni) formano un atomo di elio (2 protoni + 2 neutroni) con il rilascio di una serie di altre particelle. Come nel caso della reazione di decadimento di un nucleo atomico, la massa totale delle particelle risultanti risulta essere meno la massa del prodotto iniziale (idrogeno) - viene rilasciata sotto forma di energia cinetica delle particelle del prodotto di reazione, a causa della quale le stelle si riscaldano.

Nelle profondità delle stelle, la reazione di fusione termonucleare non avviene contemporaneamente (quando 4 protoni si scontrano), ma in tre fasi. Innanzitutto, due protoni formano un nucleo di deuterio (un protone e un neutrone). Quindi, dopo che un altro protone colpisce il nucleo di deuterio, si forma l'elio-3 (due protoni e un neutrone) più altre particelle. Infine, due nuclei di elio-3 si scontrano per formare elio-4, due protoni e altre particelle. Tuttavia, nel loro insieme, questa reazione a tre stadi dà l'effetto netto della formazione di un nucleo di elio-4 da quattro protoni con il rilascio di energia portata via da particelle veloci, principalmente fotoni ( cm. Evoluzione delle stelle).

La reazione naturale della fusione nucleare avviene nelle stelle; artificiale - dentro bomba all'idrogeno. Purtroppo, l'uomo non è ancora riuscito a trovare i mezzi per dirigere la fusione termonucleare in una direzione controllata e imparare a ricavarne energia per scopi pacifici. Tuttavia, gli scienziati non perdono la speranza di ottenere risultati positivi nel campo dell'ottenimento di energia termonucleare "pacifica ed economica" nel prossimo futuro - per questo, la cosa principale è imparare come contenere il plasma ad alta temperatura attraverso raggi laser o attraverso campi elettromagnetici toroidali ultrapotenti ( cm.

Questo è un articolo scientifico popolare in cui voglio parlare dei suoi principi a coloro che sono interessati alla fusione nucleare. Si tratta della fusione termonucleare “fredda” e “calda”, decadimento radioattivo, la reazione di fissione nucleare e le prove disponibili per la sintesi di un'ampia gamma di sostanze nel cosiddetto processo di trasmutazione.
Qual è la "pietra filosofale" che consentirà a una persona di ottenere la fusione nucleare a sua disposizione?
- Secondo me, questa è conoscenza! Conoscenza senza dogmi e ciarlataneria! Una volta raggiunto, ci saranno fallimenti e la conquista di nuove vette.
Forse dopo averlo letto ti interesserai a questi problemi e in futuro li affronterai con una preparazione approfondita. Qui ho provato a parlare dei principi di base inerenti alla natura della materia: la materia e confermando ancora una volta l'idea della semplicità e dell'ottimalità della natura.

Cos'è la fusione nucleare?

In letteratura troviamo spesso il termine “Fusione Termonucleare”.

Reazione termonucleare, fusione termonucleare (sinonimo: reazione di fusione nucleare)

Un tipo di reazione nucleare in cui nuclei atomici leggeri si combinano per formare nuclei più pesanti. http://ru.wikipedia.org/wiki/ entra per cercare - Fusione termonucleare

Più precisamente con il termine “Fusione Termonucleare” si intende la “Fusione Nucleare” con liberazione di energia (calore).

Allo stesso tempo, il concetto di “Fusione Nucleare” comprende:

1. Divisione del nucleo dell'elemento originario più pesante, solitamente in due nuclei leggeri, con formazione di nuovi elementi chimici.
   Quando è soddisfatta la condizione che il numero di nucleoni di un nucleo pesante sia uguale alla somma dei nucleoni dei nuclei leggeri più i nucleoni liberi ottenuti durante la fissione. E l'energia di legame totale in un nucleo pesante è uguale alla somma delle energie di legame nei nuclei leggeri più quella libera rilasciata (energia in eccesso). Un esempio è la reazione di fissione nucleare del nucleo U.
2. La combinazione di due nuclei più piccoli in uno più grande, formando un nuovo elemento chimico.
   Quando è soddisfatta la condizione che il numero di nucleoni di un nucleo pesante sia uguale alla somma dei nucleoni dei nuclei leggeri più i nucleoni liberi ottenuti durante la fissione. E l'energia di legame totale in un nucleo pesante è uguale alla somma delle energie di legame nei nuclei leggeri più quella libera rilasciata (energia in eccesso). Un esempio è la produzione di elementi transuranici negli esperimenti fisici “bersaglio della sostanza iniziale - acceleratore - nuclei accelerati (protoni).

C'è un concetto speciale per questo processo La nucleosintesi è il processo di formazione di nuclei di elementi chimici più pesanti dell'idrogeno durante una reazione di fusione nucleare (fusione).

Durante il processo di nucleosintesi primaria si formano elementi non più pesanti del litio. Il modello teorico del Big Bang presuppone il seguente rapporto di elementi:

H - 75%, 4He - 25%, D - 3·10−5, 3He - 2·10−5, 7Li - 10−9,

che è in buon accordo con i dati sperimentali sulla determinazione della composizione della materia in oggetti con un elevato spostamento verso il rosso (basati sulle linee negli spettri dei quasar.

La nucleosintesi stellare è un concetto collettivo per le reazioni nucleari che portano alla formazione di elementi più pesanti dell'idrogeno, all'interno delle stelle e anche, in piccola misura, sulla loro superficie.

In entrambi i casi, dirò una frase che per alcuni potrà risultare blasfema, la sintesi può avvenire sia liberando energia di legame in eccesso, sia assorbendo quella mancante. Pertanto, è più corretto parlare non di fusione termonucleare, ma di altro processo generale- fusione nucleare.

Condizioni per l'esistenza della fusione nucleare

Criteri ben noti esistenza fusione termonucleare(Per Reazioni D-T), cosa possibile se sono soddisfatte contemporaneamente due condizioni:

dove n è la densità del plasma ad alta temperatura, τ è il tempo di ritenzione del plasma nel sistema.

La velocità di una particolare reazione termonucleare dipende principalmente dal valore di questi due criteri.

Al momento (2012) la fusione termonucleare controllata non è stata ancora effettuata scala industriale. È in corso la costruzione del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER). stato iniziale. E non è la prima volta che la data di lancio viene posticipata.

Quasi gli stessi criteri, ma più generali, per la sintesi dei nuclei è necessario avvicinarli ad una distanza di circa 10 −15 m, in cui l'azione dell'interazione forte supererà le forze di repulsione elettrostatica.

Condizioni di conversione

Le condizioni della trasformazione sono note; si tratta dell'avvicinamento dei nuclei a distanze quando cominciano ad agire le forze intranucleari.

Ma questa semplice condizione non è così facile da soddisfare. Esistono forze di Coulomb di nuclei carichi positivamente e simili che partecipano a una reazione nucleare, che devono essere superate per avvicinare i nuclei alla distanza quando le forze intranucleari iniziano ad agire e i nuclei si uniscono.

Cosa è necessario per superare le forze di Coulomb?

Se astraiamo dai costi energetici necessari per questo, allora possiamo sicuramente dire che avvicinando due o più nuclei qualsiasi a una distanza inferiore a 1/2 del diametro del nucleo, li porteremo a uno stato in cui le forze intranucleari si portare alla loro fusione. Come risultato della fusione si forma un nuovo nucleo, la cui massa sarà determinata dalla somma dei nucleoni nei nuclei originali. Il nucleo risultante, in caso di instabilità, a seguito dell'uno o dell'altro decadimento, dopo qualche tempo raggiungerà uno stato stabile.

Tipicamente, i nuclei coinvolti nel processo di fusione esistono sotto forma di ioni che hanno perso parzialmente o completamente elettroni.

La convergenza dei nuclei si ottiene in diversi modi:

1. Riscaldamento di una sostanza per dare ai suoi nuclei l'energia necessaria (velocità) per il loro possibile avvicinamento,
2. Creazione di una pressione ultraelevata nell'area di sintesi sufficiente ad avvicinare i nuclei della sostanza originale,
3. La creazione di un campo elettrico esterno nella zona di sintesi è sufficiente per vincere le forze di Coulomb,
4. Creazione di un campo magnetico super potente che comprime il nucleo della sostanza originale.

Lasciando da parte per ora la terminologia, diamo un’occhiata a cos’è la fusione termonucleare.

Ultimamente si sente parlare raramente di ricerche sulla fusione termonucleare “calda”.

Siamo assillati dai nostri problemi, più vitali per noi che per tutta l’umanità. Sì, questo è comprensibile, la crisi continua e noi lottiamo per sopravvivere.

Ma la ricerca e il lavoro nel campo della fusione termonucleare continuano. Ci sono due aree di lavoro:

1. la cosiddetta fusione nucleare “calda”,
2. Fusione nucleare “fredda”, anatemizzata dalla scienza ufficiale.

Inoltre, la loro differenza tra caldo e freddo descrive solo le condizioni che devono essere create affinché queste reazioni avvengano.

Ciò significa che nella fusione nucleare “calda”, i prodotti coinvolti nella reazione termonucleare devono essere riscaldati per conferire ai loro nuclei una certa velocità (energia) per superare la barriera di Coulomb, creando così le condizioni affinché avvenga la reazione di fusione nucleare.

Nel caso della fusione nucleare “fredda”, la fusione avviene in condizioni esterne normali (media sul volume dell’impianto e la temperatura nella zona di fusione (in un microvolume) corrisponde pienamente all’energia rilasciata), ma poiché la stessa Infatti, la fusione nucleare esiste, le condizioni necessarie per la fusione dei nuclei sono le seguenti: sono anche soddisfatte. Come avrete capito, sono necessarie alcune riserve e precisazioni quando si parla di fusione nucleare “fredda”. Pertanto il termine “freddo” è difficilmente applicabile; la denominazione LENR (reazioni nucleari a bassa energia) è più appropriata.

Ma penso che tu capisca che una reazione termonucleare avviene con il rilascio di energia e in entrambi i casi il suo risultato è "caldo" - è il rilascio di calore. Ad esempio, durante la fusione nucleare “fredda”, non appena il numero di eventi di fusione diventa sufficientemente grande, la temperatura del mezzo attivo inizia ad aumentare.

Senza timore di essere noioso, lo ripeto, l'essenza della fusione nucleare è avvicinare i nuclei della sostanza coinvolta nella reazione ad una distanza in cui le forze intranucleari iniziano ad agire (predominare) sugli atomi che partecipano alla fusione nucleare, sotto la influenza di cui i nuclei si fondono.

Fusione nucleare "calda".

Gli esperimenti di fusione nucleare “calda” vengono condotti in impianti complessi e costosi che utilizzano le tecnologie più avanzate e consentono di riscaldare il plasma a temperature superiori a 10 8 K e tenerlo in una camera a vuoto con l'aiuto di campi magnetici super forti per un periodo piuttosto lungo (in in un impianto industriale ciò dovrebbe essere effettuato in modalità continua - questo è l'intero tempo del suo funzionamento; in un impianto di ricerca può essere in modalità a impulso singolo e per il tempo necessario affinché avvenga la reazione termonucleare, in conformità con la Criterio di Lawson (se interessati, vedere http://ru.wikipedia .org/wiki/ ricerca per - Criterio di Lawson).

Esistono diversi tipi di tali installazioni, ma la più promettente è considerata l'installazione di tipo “TOKAMAK” - un veicolo spaziale roidale con bobine magnetiche MA.

La proposta di utilizzare la fusione termonucleare controllata per scopi industriali e uno schema specifico che utilizza l'isolamento termico del plasma ad alta temperatura mediante un campo elettrico furono formulati per la prima volta dal fisico sovietico O. A. Lavrentiev in un lavoro della metà degli anni '50. Questo lavoro servì da catalizzatore per la ricerca sovietica sul problema della fusione termonucleare controllata. A. D. Sakharov e I. E. Tamm nel 1951 proposero di modificare lo schema, proponendo una base teorica per un reattore termonucleare, dove il plasma avrebbe avuto la forma di un toro e trattenuto da un campo magnetico. Il termine "tokamak" "è stato inventato più tardi da I. N. Golovin, uno studente dell'accademico Kurchatov. Originariamente suonava come "tokamag" - un'abbreviazione delle parole " Quello radiale ka misurare mago nitnaya", ma N.A. Yavlinsky, l'autore del primo sistema toroidale, propose di sostituire "-mag" con "-mak" per eufonia. Successivamente, questa versione è stata presa in prestito da tutte le lingue. Primo tokamak fu costruito nel 1955 e per molto tempo i tokamak esisterono solo in URSS. Solo dopo il 1968, quando sul tokamak T-3, costruito presso l'Istituto di Energia Atomica. I.V. Kurchatov, sotto la guida dell'accademico L.A. Artsimovich, fu raggiunta una temperatura del plasma di 10 milioni di gradi e gli scienziati inglesi con le loro attrezzature confermarono questo fatto, a cui inizialmente si rifiutarono di credere, iniziò un vero boom del tokamak nel mondo. Dal 1973, il programma di ricerca sulla fisica del plasma sui tokamak è stato diretto da B.B. Kadomtsev. La fisica ufficiale considera il tokamak l'unico dispositivo promettente per l'implementazione della fusione termonucleare controllata.

Allo stato attuale (2011), la fusione termonucleare controllata non è stata ancora realizzata su scala industriale. La costruzione del reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) è nelle sue fasi iniziali. (Progettazione completata)

Progetto iter- sentiero - progetto internazionale di reattore termonucleare sperimentale. La progettazione del reattore è stata completamente completata ed è stato selezionato un sito per la sua costruzione nel sud della Francia, a 60 km da Marsiglia, nel territorio del centro di ricerca di Cadarache.
Piani attuali:
Data di inizio, anni	Nuova data, anni
2007-2019	2010-2022	periodo di costruzione del reattore.
2026	2029	Le prime reazioni di fusione
2019-2037	2022 - 2040	sono previsti esperimenti, al termine dei quali il progetto verrà chiuso,
Dopo il 2040	2043	il reattore produrrà elettricità (a condizione che gli esperimenti abbiano successo)
A causa della situazione economica è possibile un ritardo di altri 3 anni, che potrebbe portare alla necessità di finalizzare il progetto. Ciò comporterà un ritardo totale di circa 5 anni.
Al progetto ITER partecipano Russia, Stati Uniti, Cina, UE, Repubblica di Corea, India e Giappone. Poiché il reattore sarà costruito sul territorio dell'Unione Europea, finanzierà il 40% del costo del progetto. I restanti paesi partecipanti finanziano il 10% del progetto. Il costo totale di questo programma era inizialmente stimato in 13 miliardi di euro. Di questi, 4,7 miliardi saranno spesi per la costruzione dell'impianto dimostrativo. La potenza termonucleare del reattore ITER sarà di 500 MW. Successivamente il costo è salito a 15 miliardi di euro, una cifra simile sarà necessaria per la ricerca. Il Giappone aveva già iniziato la costruzione di ITER nel nord dell'isola di Honshu, nella città di Rokkase nella prefettura di Aomori, ma Tokyo fu costretta ad abbandonare la costruzione indipendente del reattore, poiché era necessario investire 600-800 miliardi di yen (circa 6-8 miliardi di dollari) nel progetto.

Fusione nucleare "fredda".

La cosiddetta fusione nucleare “fredda” (come ho già detto, è fredda finché il numero di eventi fusione-fusione è piccolo), nonostante il rapporto scienza ufficiale, ha anche un posto dove stare.

La logica impone che le condizioni per avvicinare i nuclei possano essere raggiunte in altri modi. Finora semplicemente non possiamo comprendere la fisica dei processi che si verificano nel microcosmo, spiegarli e quindi ottenere la ripetibilità dell'esperimento come risultato dell'applicazione pratica.

Esistono prove strumentali del verificarsi di reazioni nucleari.

In molti esperimenti sono stati registrati segni inerenti alla fusione nucleare (sia individualmente che in combinazione): rilascio di neutroni, rilascio di calore, radiazione laterale, prodotti di fusione nucleare.

La logica suggerisce la possibilità dell'esistenza dell'energia nucleare senza rilascio di neutroni, radiazioni laterali e persino con l'assorbimento di energia. Ma nei prodotti della fusione nucleare compaiono sempre nuovi elementi chimici.

Ad esempio, una reazione nucleare può avvenire senza neutroni e altre radiazioni

D + 6Li → 2 + 22,4 MeV

Inoltre Fenomeni simili sono stati registrati in natura.

Fusione nucleare durante la scissione della materia

Decadimento radioattivo.

In natura è nota la sintesi di nuovi elementi chimici nel processo di decadimento radioattivo.

Decadimento radioattivo (dal lat. raggio"fascio" e activus“efficace”) - un cambiamento spontaneo nella composizione dei nuclei atomici instabili (carica Z, numero di massa A) attraverso l'emissione di particelle elementari o frammenti nucleari. Il processo di decadimento radioattivo è anche chiamato radioattività e gli elementi corrispondenti sono radioattivi. Le sostanze contenenti nuclei radioattivi sono anche chiamate radioattive.

È stato stabilito che sono tutti radioattivi elementi chimici con un numero d'ordine maggiore di 82 (cioè a partire dal bismuto), e molti elementi più leggeri (promezio e tecnezio non hanno isotopi stabili, e per alcuni elementi, come indio, potassio o calcio, alcuni isotopi naturali sono stabili, mentre altri sono radioattivi).

Tipi di decadimento radioattivo

Scissione della materia, 238 U

Reazione nucleare di fissione del nucleo di Urano 238 U può essere attribuito anche a reazioni di fusione nucleare, con la differenza che la sintesi dei nuclei più leggeri avviene durante l'una o l'altra scissione del nucleo pesante 238 U. In questo caso viene liberata energia che viene utilizzata in energia nucleare. Ma non parlerò qui di una reazione a catena, di un reattore nucleare...

Quanto detto è già sufficiente per classificare la reazione di fissione nucleare come reazione di fusione nucleare.

Trasmutazione della materia

La parola trasmutazione, così detestata dalla scienza ufficiale, forse perché era utilizzata attivamente dagli alchimisti ai vecchi tempi (quando ancora non esistevano titoli accademici), riflette ancora più pienamente il processo di trasformazione della materia.

Trasmutazione (dal lat. trans - attraverso, attraverso, per; lat. mutatio - cambiamento, cambiamento)

Trasformare un oggetto in un altro. Il termine ha diversi significati, ma ometteremo i significati che non sono rilevanti per il nostro argomento:

• Trasmutazione in fisica- trasformazione degli atomi di un elemento chimico in un altro a seguito del decadimento radioattivo dei loro nuclei o di reazioni nucleari; Attualmente, il termine è usato raramente in fisica.

E forse la parola "trasformazione" sembra loro simile alla parola "magia", ma esiste una "trasformazione" naturale degli isotopi di alcuni elementi chimici in altri elementi chimici, comprensibile a tutti.

Tra gli elementi radioattivi naturali pesanti si conoscono 3 famiglie: 238 92 U, 235 92 U, 232 90 U, dopo una serie di successivi decadimenti α e β, si trasformano in stabili 206 82 Pb, 207 82 Pb, 208 82 Pb.

E molti altri [L. 5]:

E qui la parola trasformazione è molto utile.

Naturalmente chi è più vicino a ciò può usare a buon diritto il termine sintesi.

Qui non possiamo non menzionare il lavoro sulla purificazione delle acque reflue industriali condotto da A.V Vachaev [L.7], che ha portato alla scoperta di effetti completamente nuovi della fusione nucleare, l'esperimento di L.I Urutskoev [L.6], che hanno confermato la possibilità della trasformazione nucleare (trasmutazione) e gli studi condotti da V.A. Pankov, B.P. Kuzmin [L.10], che hanno confermato pienamente i risultati di A.L. Vachaev sulla trasformazione della materia in una scarica elettrica. Ma puoi vedere il loro lavoro in dettaglio usando i link.

Gli sperimentatori stanno discutendo sulla possibilità di trasformare la sostanza nelle piante.

Il termine "Trasmutazione" può anche essere usato per descrivere la sintesi di elementi superpesanti.

Anche la sintesi degli elementi superpesanti è una fusione nucleare

Primo Elementi transuranici (TE) furono sintetizzati all'inizio degli anni '40. 20 ° secolo a Berkeley (USA) da un gruppo di scienziati guidati da E. Macmillan e G. Seaborg, premiato premio Nobel per la scoperta e lo studio di questi elementi. Sono noti diversi metodi di sintesi TE. Si riducono a irradiare un bersaglio con flussi di neutroni o particelle cariche. Se U viene utilizzato come bersaglio, quindi con l'aiuto di potenti flussi di neutroni generati nei reattori nucleari o durante un'esplosione ordigni nucleari, puoi ottenere tutto TE fino a Fm (Z = 100) compreso. Il processo di fusione consiste nella cattura sequenziale di neutroni, in cui ogni atto di cattura è accompagnato da un aumento del numero di massa A, che porta al decadimento β e un aumento della carica del nucleo Z, oppure nella cattura istantanea elevato numero neutroni (esplosione) con una lunga catena di decadimenti β. Le capacità di questo metodo sono limitate; non consente di ottenere nuclei con Z > 100. Le ragioni sono l'insufficiente densità del flusso di neutroni, la bassa probabilità di catturare un gran numero di neutroni e (soprattutto) il decadimento radioattivo molto rapido dei nuclei con Z. >100.

Per la sintesi di lontani TE Esistono due tipi di reazioni nucleari utilizzate: fusione e fissione. Nel primo caso, i nuclei del bersaglio e lo ione accelerato si fondono completamente e l'energia in eccesso del nucleo composto eccitato risultante viene rimossa mediante “evaporazione” (rilascio) di neutroni. Quando si utilizzano ioni C, O, Ne e target Pu, Cm, Cf, si forma un nucleo composto altamente eccitato (energia di eccitazione ~ 40-60 MeV). Ogni neutrone evaporato è in grado di portare via dal nucleo un'energia media di circa 10-12 MeV, quindi, per “raffreddare” il nucleo composto, devono essere emessi fino a 5 neutroni. Il processo di fissione del nucleo eccitato compete con l'evaporazione dei neutroni. Per gli elementi con Z = 104-105, la probabilità di evaporazione di un neutrone è 500-100 volte inferiore alla probabilità di fissione. Ciò spiega la bassa resa di nuovi elementi: la proporzione di nuclei che “sopravvivono” alla rimozione dell’eccitazione è solo 10-8-10-10 da numero completo nuclei bersaglio fusi con particelle. Questo è il motivo per cui negli ultimi 20 anni sono stati sintetizzati solo 5 nuovi elementi (Z = 102-106).

Al JINR è stato sviluppato un nuovo metodo per la sintesi di celle a combustibile, basato su reazioni di fusione nucleare, con nuclei stabili densamente impacchettati di isotopi di Pb usati come bersagli e ioni relativamente pesanti di Ar, Ti, Cr come particelle bombardanti. L'energia ionica in eccesso viene spesa per "disimballare" il nucleo composto e l'energia di eccitazione risulta essere bassa (solo 10-15 MeV). Per eliminare l'eccitazione di un tale sistema nucleare è sufficiente l'evaporazione di 1-2 neutroni. Il risultato è un guadagno molto evidente nella produzione di nuove celle a combustibile. Questo metodo è stato utilizzato per sintetizzare celle a combustibile con Z = 100, Z = 104 e Z = 106.

Nel 1965 Flerov propose di utilizzare la fissione nucleare forzata sotto l'influenza di ioni pesanti per la sintesi delle celle a combustibile. I frammenti di fissione nucleare sotto l'influenza di ioni pesanti hanno una distribuzione simmetrica di massa e carica con grande dispersione (quindi, nei prodotti di fissione si possono trovare elementi con Z significativamente maggiore della metà della somma del bersaglio Z e dello ione bombardante Z). . È stato stabilito sperimentalmente che la distribuzione dei frammenti di fissione diventa più ampia man mano che vengono utilizzate particelle sempre più pesanti. L'uso di ioni Xe o U accelerati consentirebbe di ottenere nuove celle a combustibile come frammenti di fissione pesante quando si irradiano obiettivi di uranio. Nel 1971, gli ioni Xe furono accelerati al JINR utilizzando due ciclotroni, che irradiarono un bersaglio di uranio. I risultati hanno mostrato che il nuovo metodo è adatto per la sintesi di elementi combustibili pesanti.

Per sintetizzare le celle a combustibile si sta tentando di utilizzare la reazione (fusione) dei nuclei di titanio-50 e californio-249. Secondo i calcoli, la probabilità di formazione dei nuclei dell'elemento 120 è leggermente superiore.

Stati stabili dei nuclei

La presenza stessa di isotopi di breve e lunga vita, nuclei stabili e conoscenza moderna la loro struttura è indicata da alcune dipendenze e combinazioni del numero di nucleoni nel nucleo, che conferiscono loro la capacità di esistere nei periodi sopra indicati.

Ciò è confermato anche dall'assenza di altri elementi chimici.

La logica suggerisce l'esistenza di leggi che determinano la specifica composizione nucleonica del nucleo (simile ai suoi gusci elettronici).

In altre parole, la formazione del nucleo avviene secondo determinate dipendenze quantizzate, simili ai gusci elettronici. Semplicemente non possono esserci altri nuclei (atomi) stabili (di lunga durata) di elementi chimici.

Allo stesso tempo, ciò non nega la possibilità dell'esistenza di altre combinazioni di nucleoni e del loro numero nel nucleo. Ma la durata di un tale nucleo è notevolmente limitata.

Per quanto riguarda i nuclei (atomi) instabili (di breve durata), in determinate condizioni possono esistere nuclei con diverse combinazioni di nucleoni e le loro quantità nel nucleo, rispetto ai nuclei stabili e in una varietà delle loro combinazioni.

Le osservazioni mostrano che all'aumentare del numero di nucleoni (protoni o neutroni) nel nucleo, ci sono determinati numeri in corrispondenza dei quali l'energia di legame del nucleone successivo nel nucleo è molto inferiore a quella dell'ultimo. I nuclei atomici contenenti numeri magici sono particolarmente stabili. 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126 , 164 per protoni e 2, 8, 20, 28, 50, 82 , 126 , 184, 196, 228, 272, 318 per i neutroni. (In grassetto sono evidenziati i numeri magici doppi, cioè i numeri magici sia per i protoni che per i neutroni)

I nuclei magici sono i più stabili. Ciò è spiegato nell'ambito del modello a guscio: il fatto è che i gusci di protoni e neutroni in tali nuclei sono pieni, proprio come i gusci di elettroni degli atomi di gas nobili.

Secondo questo modello, ogni nucleone si trova nel nucleo in un certo stato quantico individuale, caratterizzato da energia, momento angolare (il suo valore assoluto j, così come la proiezione m su uno degli assi coordinati) e momento angolare orbitale l.

Il modello a guscio del nucleo è in realtà uno schema semi-empirico che consente di comprendere alcune regolarità nella struttura dei nuclei, ma non è in grado di descrivere quantitativamente in modo coerente le proprietà del nucleo. In particolare, date le difficoltà elencate, non è facile determinare teoricamente l'ordine di riempimento dei gusci e, di conseguenza, i "numeri magici" che servirebbero come analoghi dei periodi della tavola periodica per gli atomi. L'ordine di riempimento dei gusci dipende, in primo luogo, dalla natura del campo di forza, che determina i singoli stati delle quasiparticelle, e, in secondo luogo, dalla mescolanza delle configurazioni. Quest'ultimo viene solitamente preso in considerazione solo per i gusci non riempiti. I numeri magici osservati sperimentalmente comuni a neutroni e protoni (2, 8, 20, 28, 40, 50, 82, 126) corrispondono agli stati quantistici delle quasiparticelle che si muovono in un pozzo di potenziale rettangolare o oscillatorio con interazione spin-orbita (è per questo motivo i numeri 28, 40, 82, 126)

Fisica del micromondo e nanosecondi

Le leggi della fisica sono le stesse ovunque e non dipendono dalle dimensioni dei sistemi in cui operano. E non si può parlare di fenomeni anomali. Qualsiasi anomalia indica la nostra mancanza di comprensione dei processi in corso e dell'essenza dei fenomeni. Solo che in ogni caso possono manifestarsi in modo diverso, poiché ogni situazione impone le proprie condizioni al contorno.

Per esempio:

• Su scala cosmica, c'è un movimento caotico della materia.
• Su scala galattica abbiamo un movimento ordinato della materia.
• Quando i volumi considerati vengono ridotti alle dimensioni dei pianeti, anche il moto della materia risulta ordinato, ma il suo carattere cambia.
• Quando si considerano volumi di gas e liquidi contenenti gruppi di atomi o molecole, il movimento della sostanza diventa caotico (moto browniano).
• In volumi commisurati alla dimensione di un atomo o meno, la materia acquisisce nuovamente un movimento organizzato.

Pertanto, tenendo conto delle condizioni al contorno, puoi imbatterti in fenomeni e processi del tutto insoliti per la nostra percezione.

Come disse uno dei vecchi filosofi: “Infinitamente piccolo può essere infinitamente grande”. Per parafrasare, possiamo dire della materia: “Nell'infinitamente piccolo è nascosto l'infinitamente grande...” Invece dei puntini di sospensione, metti: pressione, temperatura, intensità del campo elettrico o magnetico.

E questo è confermato dai dati disponibili sull'entità dell'energia dei legami molecolari, di Coulomb, delle forze intranucleari (energia di legame dei nucleoni nel nucleo).

Pertanto, nel microcosmo sono possibili pressioni ultra elevate, intensità di campo elettrico e magnetico ultra elevate e temperature ultra elevate. L’aspetto positivo dell’utilizzo delle capacità dei microvolumi (il mondo) è che ottenere questi valori extra, molto spesso, non richiede enormi costi energetici.

Alcuni esempi che mostrano segni di fusione nucleare:

1. 1. Nel 1922, Wendt e Airion studiarono l'esplosione elettrica di un sottile filo di tungsteno nel vuoto. Il risultato principale di questo esperimento è la comparsa di una quantità macroscopica di elio: gli sperimentatori hanno ricevuto circa un centimetro cubo di gas (in condizioni normali) per colpo, il che ha dato loro motivo di supporre che si stesse verificando la reazione di fissione del nucleo di tungsteno.

1. Nell'esperimento di Arata del 2008, come nell'esperimento Fleischner-Pons del 1989, il reticolo cristallino del palladio è saturo di deuterio. Di conseguenza, si verifica un rilascio anomalo di calore, che ad Arata continua per 50 ore dopo l'interruzione della fornitura di deuterio. Il fatto che si tratti di una reazione nucleare è confermato dalla presenza di elio nei prodotti della reazione, che prima non c'era.
2. Reattore M.I. Solina (Ekaterinburg) è un forno fusorio convenzionale sotto vuoto, dove lo zirconio veniva fuso da un fascio di elettroni con una tensione di accelerazione di 30 kV [Solin 2001]. Ad una certa massa di metallo liquido iniziarono reazioni accompagnate da effetti elettromagnetici anomali, rilascio di energia superiore all'ingresso e, dopo aver analizzato campioni del metallo appena solidificato, furono trovati elementi chimici "alieni" e strane formazioni strutturali.
3. Alla fine degli anni '90 L.I. Urutskoev (società RECOM, una filiale dell'Istituto Kurchatov) ha ottenuto risultati insoliti dall'esplosione elettrica di un foglio di titanio nell'acqua. Qui la scoperta è stata fatta secondo lo schema classico: sono stati ottenuti risultati non plausibili di esperimenti ordinari (la produzione di energia dell'esplosione elettrica era troppo grande) e il team di ricercatori ha deciso di capire cosa stava succedendo. Ciò che hanno trovato li ha sorpresi molto.
4. NG Ivoilov (Università di Kazan) insieme a L.I. Urutskoev hanno studiato gli spettri Mössbauer della lamina di ferro esposta a “strane radiazioni”.
5. A Kiev, nel laboratorio fisico privato "Proton-21" (http://proton-21.com.ua/) sotto la guida di S.V. Adamenko, è stata ottenuta la prova sperimentale della degenerazione nucleare di un metallo sotto l'influenza di fasci di elettroni coerenti. Dal 2000, migliaia di esperimenti ("colpi") sono stati effettuati su bersagli cilindrici di piccolo diametro (dell'ordine di un millimetro), in ciascuno dei quali si verifica un'esplosione. l'interno del bersaglio, e i prodotti dell'esplosione contengono quasi tutta la parte stabile della tavola periodica, e in quantità macroscopiche, così come elementi stabili superpesanti osservati per la prima volta nella storia della scienza.
6. Fusione nucleare fredda, Koldamasov A.I., 2005, Individuando le proprietà emissive di alcuni materiali dielettrici su un impianto idrodinamico per prove di cavitazione (vedi a/cv 2 334405), si è scoperto che quando un liquido dielettrico pulsante con una frequenza di pulsazione di circa 1 kHz scorre attraverso un foro rotondo, All'ingresso del liquido nel foro si forma una corrente elettrica con carica ad alta densità con un potenziale rispetto a terra superiore a 1 milione di volt. Se si utilizza una miscela di acqua leggera e pesante senza impurità come fluido di lavoro con resistività non inferiore a 10 31 Ohm*m, nel campo di questa carica si può osservare una reazione nucleare, i cui parametri sono facilmente regolabili. Con un rapporto in peso tra acqua leggera e pesante di 100:1, è stato osservato quanto segue: un flusso di neutroni da 40 a 50 neutroni al secondo attraverso una sezione d'urto di 1 cm 2, una potenza di 3 MEV, radiazione di raggi X da 0,9 a 1 μR/sec con un'energia di radiazione di 0,3-0,4 MEV, si è formato elio, è stato rilasciato calore. Sulla base della totalità dei fenomeni osservati, possiamo concludere che si stanno verificando reazioni nucleari. In questo caso particolare, il diametro del foro nel dispositivo a farfalla era di 1,2 mm, la lunghezza del canale era di 25 mm, la caduta attraverso il dispositivo a farfalla era di 40-50 MPa e il flusso del fluido attraverso il dispositivo a farfalla era di 180-180 MPa. 200 g/sec. Per unità di potenza spesa, 20 unità di potenza utile sono state rilasciate sotto forma di radiazione e rilascio di calore. Secondo me, la reazione di fusione nucleare avviene in questo modo: un flusso di fluido si muove attraverso un canale. Quando gli atomi di deuterio si avvicinano a una carica, sotto la sua influenza perdono elettroni dalle loro orbite”. I nuclei di deuterio, caricati positivamente, sotto l'influenza del campo di questa carica vengono respinti verso il centro del foro e vengono trattenuti dal campo della carica positiva dell'anello. La concentrazione dei nuclei diventa sufficiente affinché avvengano le loro collisioni e l'impulso energetico ricevuto dalla carica positiva è così grande da superare la barriera di Coulomb. I nuclei si avvicinano, interagiscono e si verificano reazioni nucleari.
7. Nel laboratorio “Energia e tecnologia delle transizioni strutturali” del Ph.D. A.V. Vachaev sotto la guida del dottore in scienze tecniche. Dal 1994 N.I. Ivanova ricerca la possibilità di disinfettare le acque reflue industriali esponendole a un'intensa formazione di plasma. Ha lavorato con la materia in diversi stati di aggregazione. È stata rivelata la completa disinfezione delle acque reflue e sono stati rilevati effetti collaterali. Quello più di successo presa della corrente ha dato una torcia al plasma stabile - un plasmoide, quando l'acqua distillata è stata fatta passare attraverso di essa grandi quantità si formò una sospensione di polveri metalliche, la cui origine non poteva essere spiegata altrimenti che dal processo di trasmutazione nucleare fredda. Nel corso degli anni, il nuovo fenomeno è stato costantemente riprodotto con varie modifiche dell'impianto, in diverse soluzioni, il processo è stato dimostrato ad autorevoli commissioni di Chelyabinsk e Mosca e sono stati distribuiti campioni dei sedimenti risultanti.
8. Il giovane fisico I.S. Filimonenko creò una centrale di idrolisi progettata per ottenere energia dalle reazioni di fusione nucleare “calde” che si verificano a una temperatura di soli 1150 ° C. Il combustibile per il reattore era acqua pesante. Il reattore era un tubo metallico del diametro di 41 mm e lungo 700 mm, costituito da una lega contenente diversi grammi di palladio.

   Questa installazione è nata a seguito di ricerche condotte negli anni '50 in URSS nell'ambito del programma statale di progresso scientifico e tecnologico. Nel 1989, si decise di ricreare 3 centrali di idrolisi termoionica con una capacità di 12,5 kW ciascuna presso la NPO Luch vicino a Mosca. Questa decisione è stata immediatamente attuata sotto la guida di I.S. Filimonenko. Tutte e tre le installazioni furono preparate per la messa in esercizio di prova nel 1990. Allo stesso tempo, per ogni kilowatt generato dalle centrali elettriche a fusione termica, c'erano solo 0,7 grammi di palladio, sul quale, come si è scoperto in seguito, la luce non convergeva come un cuneo.

9. L'effetto di un aumento anomalo della resa dei neutroni è stato ripetutamente osservato negli esperimenti sulla scissione del ghiaccio di deuterio. Nel 1986, l'accademico B.V. Deryagin e i suoi colleghi hanno pubblicato un articolo in cui vengono presentati i risultati di una serie di esperimenti sulla distruzione di obiettivi ghiaccio pesante utilizzando un percussore metallico. In questo lavoro è stato riferito che sparando a un bersaglio fatto di ghiaccio pesante D 2 O con una velocità iniziale del percussore di 100, 200 m/s, sono state registrate rispettivamente 0,4 e 0,08 conte di neutroni. Quando si spara a un bersaglio da ghiaccio normale L'H 2 O ha registrato solo 0,15 0,06 - conteggi di neutroni. I valori indicati sono stati forniti tenendo conto delle correzioni associate alla presenza di un flusso di neutroni di fondo.
10. Un impeto di interesse per il problema in discussione sorse solo dopo che M. Fleischman e S. Pons, in una conferenza stampa il 23 marzo 1989, annunciarono la loro scoperta di un nuovo fenomeno scientifico, ora noto come fusione nucleare fredda (o fusione a temperatura ambiente). Hanno saturato elettroliticamente il palladio con deuterio (semplicemente hanno riprodotto i risultati di una serie di lavori di I.S. Filimonenko, a cui S. Pons aveva accesso) - hanno effettuato l'elettrolisi in acqua pesante con un catodo di palladio. In questo caso sono stati osservati il ​​rilascio di calore in eccesso, la nascita di neutroni e la formazione di trizio. Nello stesso anno, risultati simili furono riportati nel lavoro di S. Jones, E. Palmer, J. Cirr et al.
11. Esperimenti di I.B. Savvatimova
12. Esperimenti di Yoshiaki Arata. Davanti ad un pubblico stupito è stato dimostrato il rilascio di energia e la formazione dell'elio, non prevista dalle leggi conosciute della fisica. Nell'esperimento Arata-Zhang, una polvere macinata ad una dimensione di 50 angstrom, costituita da nanocluster di palladio dispersi all'interno di una matrice di ZrO 2, è stata posta in una cella speciale. Il materiale di partenza è stato ottenuto ricottura di una lega di palladio amorfo con zirconio Zr 65 Pd 35. Dopodiché, nella cella sotto alta pressione veniva pompato il gas deuterio.

Conclusione

In conclusione possiamo dire:

Maggiore è il volume della regione in cui avviene la fusione nucleare (alla stessa densità della sostanza iniziale), maggiore è il consumo di energia per il suo inizio e, di conseguenza, maggiore è la produzione di energia. Per non parlare dei costi finanziari, proporzionali anche alle dimensioni dell’area di lavoro.

Questo è tipico della fusione “calda”. Gli sviluppatori prevedono di utilizzarlo per generare centinaia di megawatt di potenza.

Allo stesso tempo, esiste un modo a basso costo (in tutte le direzioni sopra indicate). Il suo nome è LERN.

Sfrutta la capacità di realizzare le condizioni necessarie per la fusione nucleare in microvolumi e di ottenere una potenza piccola ma sufficiente (fino a un megawatt) per soddisfare molte esigenze. In alcuni casi è possibile la conversione diretta dell'energia in energia elettrica. È vero, Ultimamente, tali potenze spesso semplicemente non interessano agli ingegneri energetici, le cui torri di raffreddamento inviano nell’atmosfera una potenza molto maggiore.

Ancora un problema irrisolto fusione nucleare “calda” e alcune varianti della fusione “fredda”, rimane il problema della rimozione dei prodotti di fissione dall’area di lavoro. Ciò è necessario poiché riducono la concentrazione delle sostanze di partenza coinvolte nella fusione nucleare. Il che porta alla violazione del criterio di Lawson nella fusione nucleare “calda” e all’“estinzione” della reazione di fusione. Nella fusione nucleare “fredda”, nel caso di circolazione del materiale di partenza, ciò non avviene.

Letteratura:

Oggetto numero.	Dati dell'articolo	Collegamento
1	Tokamak,	http://ru.wikipedia.org/wiki/Tokamak
2	I-07.pdf *
6	RILEVAZIONE SPERIMENTALE DI RADIAZIONI "STRANE" E TRASFORMAZIONI DI ELEMENTI CHIMICI, L.I. Urutskoev*, V.I. Liksonov*, V.G. Tsinoev** "RECOM" RRC "Istituto Kurchatov", 28 marzo 2000	http://jre.cplire.ru/jre/mar00/4/text.html
7	Trasmutazione della materia secondo Vachaev - Grinev	http://rulev-igor.narod.ru/theme_171.html
8	SULLE MANIFESTAZIONI DELLA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE FREDDA IN DIVERSI AMBIENTI. Michail Karpov	http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8767.html
9	Fisica Nucleare su Internet, Magic Numbers, capitolo da "Exotic Nuclei" B.S. Ishkhanov, E.I. Cabina	http://nuclphys.sinp.msu.ru/exotic/e08.html
10	Tecnica dimostrativa per la sintesi di elementi dall'acqua in un plasma a scarica elettrica, Pankov V.A., Ph.D.; Kuzmin BP, Ph.D. Istituto di Metallurgia, Sezione degli Urali dell'Accademia Russa delle Scienze	http://model.susu.ru/transmutation/20090203.htm
11	Metodo A.V. Vachaeva-N.I. Ivanova	http://model.susu.ru/transmutation/0004.htm
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Le reazioni di fusione nucleare sono chiamate termonucleari perché l'unico modo per avviare le reazioni è riscaldare il combustibile nucleare ad alta temperatura.  

La reazione di fusione nucleare può anche servire come fonte di energia.  

Le reazioni di fusione nucleare richiedono temperature e pressioni estremamente elevate per verificarsi.  

L'idrogeno-3 entra più facilmente nella reazione di fusione nucleare, ma è presente nell'atmosfera terrestre in quantità così piccole e la sua produzione è associata a costi molto elevati che la stessa fattibilità del suo utilizzo come combustibile è messa in discussione.  

Questa reazione è chiamata reazione di fusione nucleare perché i nuclei si combinano per formare un nucleo più pesante.  

Affinché possa iniziare la reazione di fusione nucleare è necessario raggiungere una temperatura di circa un milione di gradi. Poiché gli unici mezzi attualmente conosciuti per raggiungere tali temperature sono le reazioni di fissione nucleare, per eccitare la reazione viene utilizzata la fusione dell'idrogeno. bomba atomica, in base alla reazione di fissione. Si presume che l'energia rilasciata dalle stelle, compreso il nostro Sole, si formi a seguito di reazioni di fusione nucleare simili alle reazioni sopra menzionate. A seconda dell'età e della temperatura della stella, a tali reazioni possono prendere parte nuclei di carbonio, ossigeno e azoto, nonché isotopi di idrogeno ed elio.  

Il problema principale legato alla reazione di fusione nucleare è quello di sviluppare una tecnologia in grado di trattenere un gas di particelle cariche, il plasma, a temperature dell'ordine di molti milioni di gradi per un periodo piuttosto lungo in modo da liberare la quantità di energia richiesta. mentre il plasma è in uno stato isolato. Esistono due metodi noti con cui questo processo viene controllato: il metodo dei campi magnetici e il metodo di trattenere gli atomi di idrogeno pesanti utilizzando laser potenti. Questo metodo è il modo più semplice per effettuare la fusione nucleare, che coinvolge deuterio e trizio e che avviene in un plasma confinato da campi magnetici a una temperatura superiore a 100 milioni di C. I prodotti finali della reazione di fusione sono ioni di elio (He- 4) e neutroni. Circa l’80% dell’energia rilasciata a seguito della fusione proviene dai neutroni. I sistemi di trasferimento e conversione del calore che rappresentano il passo successivo sono simili a quelli utilizzati nei reattori a fissione nucleare.  

Imparare a produrre energia utile attraverso la reazione di fusione nucleare è importante soprattutto perché la fusione termonucleare è una fonte di energia praticamente inesauribile. Il costo del combustibile termonucleare è piccolo rispetto al costo dei combustibili fossili; è disponibile ovunque e il processo per ottenerlo ha solo un piccolo impatto sull’ambiente. Inoltre, sebbene anche l’energia termonucleare sia un tipo di energia atomica, differisce significativamente dall’energia atomica ordinaria, che viene rilasciata durante la fissione di uranio, plutonio e torio. Rispetto ai reattori a fissione e ai pericoli che comportano, un reattore a fusione sembra essere molto meno pericoloso.  

La velocità di rilascio di energia come risultato di tutte le reazioni di fusione nucleare che si verificano ogni secondo è sorprendentemente piccola se espressa in calorie per grammo di sostanza. Sarà più di 100 volte inferiore alla velocità con cui il corpo umano rilascia calore in un secondo durante il suo metabolismo. Naturalmente, la quantità totale di calore generato dal Sole non può essere paragonata al calore del nostro corpo a causa del valore estremamente elevato della massa totale del Sole. Ma ciò solleva la questione di come il Sole possa essere così caldo se il tasso di rilascio di calore per grammo di massa in esso è 100 volte inferiore a quello del nostro corpo.  

È generalmente accettato che la produzione di energia attraverso le reazioni di fusione nucleare dovrebbe causare meno inquinamento ambiente piuttosto che usare una reazione di fissione nucleare. Tuttavia, va notato che i materiali da costruzione per parti interne i reattori a fusione dovranno diventare molto radioattivi e spesso dovranno essere sostituiti. Qual è la causa di queste complicazioni?  

L'abbondanza di un elemento è legata alla stabilità del suo nucleo e all'andamento delle reazioni di fusione nucleare degli elementi. In base a ciò, esistono regole approssimative che determinano la prevalenza di un elemento. È stato osservato che gli elementi con massa atomica bassa sono più abbondanti degli elementi pesanti. Inoltre, le masse atomiche degli elementi più comuni sono espresse in multipli di quattro; Gli elementi con numeri ordinali pari sono molte volte più comuni degli elementi adiacenti con numeri dispari.  

Prospettive davvero immense per lo sviluppo della base energetica della produzione promettono alla società la padronanza di una reazione di fusione nucleare controllata. Risolvere il problema del controllo delle reazioni termonucleari è all'ordine del giorno della scienza sovietica. I suoi compiti includono la scoperta di modi per convertire direttamente l'energia termica, nucleare, solare e chimica in energia elettrica.  

Se i protoni riescono ad avvicinarsi alle distanze z r0, si verifica una reazione di fusione nucleare, i nucleoni formano un sistema legato: il nucleo di un atomo di deuterio. Stato vincolato corrisponde al modello di una particella in un pozzo di potenziale. Ma una tale convergenza di particelle è impedita da una potenziale barriera. Per determinare la possibilità di una reazione è necessario risolvere il problema del passaggio di particelle attraverso una barriera a diverse energie.  

Il litio è una fonte dell'isotopo pesante dell'idrogeno, il trizio, che viene utilizzato nelle reazioni di fusione nucleare.  

è il processo mediante il quale due nuclei atomici si combinano per formare un nucleo più pesante. Di solito questo processo è accompagnato dal rilascio di energia. La fusione nucleare è la fonte di energia delle stelle e della bomba all'idrogeno.
Per avvicinare i nuclei atomici abbastanza da far avvenire una reazione nucleare, anche per l'elemento più leggero, l'idrogeno, ci vuole molto un ammontare significativo energia. Ma, nel caso dei nuclei leggeri, come risultato della combinazione di due nuclei per formare un nucleo più pesante, viene rilasciata molta più energia di quella spesa per superare la repulsione di Coulomb tra di loro. Grazie a ciò, la fusione nucleare è una fonte di energia molto promettente e rappresenta uno dei principali settori di ricerca scienza moderna.
La quantità di energia rilasciata nella maggior parte delle reazioni nucleari è molto maggiore che nelle reazioni chimiche, poiché l'energia di legame dei nucleoni in un nucleo è molto maggiore dell'energia di legame degli elettroni in un atomo. Ad esempio, l'energia di ionizzazione prodotta quando un elettrone si lega a un protone per formare un atomo di idrogeno è di 13,6 elettronvolt, meno di un milionesimo dei 17 MeV rilasciati dalla reazione del deuterio con trizio, descritta di seguito.
Ci sono due tipi di interazioni nel nucleo atomico: la forza forte, che tiene insieme protoni e neutroni, e la repulsione elettrostatica molto più debole tra protoni del nucleo con carica simile, che cerca di separare il nucleo. L'interazione forte appare solo in molto brevi distanze tra protoni e neutroni direttamente adiacenti tra loro. Ciò significa anche che i protoni e i neutroni sulla superficie del nucleo sono meno contenuti dei protoni e dei neutroni all’interno del nucleo. La forza di repulsione elettrostatica agisce invece a qualsiasi distanza ed è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra le cariche, cioè ogni protone del nucleo interagisce con tutti un altro protone nel nucleo. Ciò porta al fatto che all'aumentare della dimensione del nucleo, le forze che lo trattengono aumentano fino a un certo numero atomico (atomo di ferro) e poi iniziano a indebolirsi. A partire dall'uranio l'energia di legame diventa negativa ed i nuclei degli elementi pesanti diventano instabili.
Pertanto, per effettuare una reazione di fusione nucleare è necessario spendere certa energia vincere la forza di repulsione elettrostatica tra due nuclei atomici e portarli ad una distanza dove comincia ad apparire una forte interazione. L'energia necessaria per superare la forza di repulsione elettrostatica è chiamata barriera di Coulomb.
La barriera di Coulomb è bassa per gli isotopi dell'idrogeno perché hanno un solo protone nel nucleo. Per una miscela DT, la barriera energetica risultante è di 0,1 MeV. Per fare un confronto, sono necessari solo 13 eV per rimuovere un elettrone da un atomo di idrogeno, ovvero 7500 volte inferiore. Quando la reazione di fusione è completa, il nuovo nucleo si sposta a un livello energetico inferiore e rilascia ulteriore energia, emettendo un neutrone con un'energia di 17,59 MeV, che è significativamente superiore a quella necessaria per avviare la reazione. Cioè, la reazione di fusione DT è molto esotermica ed è una fonte di energia.
Se i nuclei fanno parte di un plasma vicino ad uno stato di equilibrio termico, la reazione di fusione è detta fusione termonucleare. Poiché la temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle, il riscaldamento del plasma può fornire ai nuclei energia sufficiente per superare la barriera di 0,1 MeV. Convertendo eV in Kelvin, otteniamo una temperatura di oltre 1 GK, che è una temperatura estremamente elevata.
Esistono però due fenomeni che permettono di ridurre la temperatura di reazione richiesta. Innanzitutto, riflette la temperatura media energia cinetica, cioè anche con basse temperature, rispetto all'equivalente di 0,1 MeV, alcuni nuclei avranno un'energia significativamente superiore a 0,1 MeV, i restanti avranno un'energia significativamente inferiore. In secondo luogo, si dovrebbe tenere conto del fenomeno del tunneling quantistico, quando i nuclei superano la barriera di Coulomb senza avere abbastanza energia. Ciò consente di ottenere reazioni di sintesi (lente) a basse temperature.
Importante per comprendere la reazione di sintesi è il concetto sezione trasversale reazioni?: misure della probabilità di una reazione di fusione in funzione della velocità relativa dei due nuclei interagenti. Per una reazione di fusione termonucleare è più conveniente considerare il valore medio della distribuzione del prodotto della sezione trasversale e della velocità nucleare. Usandolo, puoi scrivere la velocità di reazione (fusione dei nuclei per volume per tempo) come

Dove N 1 e N 2 è la densità dei reagenti. aumenta da zero a temperatura ambiente ad un valore significativo già a temperatura