stringtranslate.com

Синтез дейтерия и трития

Реакция DTF

Синтез дейтерия и трития (иногда сокращенно D+T ) (DTF) — это тип ядерного синтеза , в котором одно ядро ​​дейтерия ( 2 H) (дейтрон) сливается с одним ядром трития ( 3 H) (тритоном), давая одно ядро ​​гелия-4 , один свободный нейтрон и 17,6 МэВ общей энергии, исходящей как от нейтрона, так и от гелия. Это самая известная реакция синтеза для термоядерной энергетики и термоядерного оружия .

Тритий, один из реагентов для DTF, радиоактивен . В термоядерных реакторах на стенках реактора размещается « размножающее одеяло », сделанное из лития , поскольку литий при воздействии энергичных нейтронов будет производить тритий.

Концепция

В DTF один дейтрон сливается с одним тритоном, давая одно ядро ​​гелия , свободный нейтрон и 17,6 МэВ , что получается из примерно 0,02 а.е.м. [1] Количество полученной энергии описывается эквивалентностью массы и энергии : E = mc2 . 80 % энергии (14,1 МэВ) становится кинетической энергией нейтрона, движущегося со скоростью 1/6 скорости света .

Разница масс между 2 H+ 3 H и нейтроном+ 4 He описывается полуэмпирической формулой массы , которая описывает связь между дефектами массы и энергией связи в ядре.

Открытие

Доказательства DTF были впервые обнаружены в Мичиганском университете в 1938 году Артуром Дж. Рулигом. [2] [3] Его эксперимент обнаружил сигнатуру нейтронов с энергией более 15 МэВ во вторичных реакциях 3 H, созданных в реакциях 2 H(d,p) 3 H падающего пучка дейтронов с энергией 0,5 МэВ на мишень из тяжелой фосфорной кислоты , 2 H 3 PO 4 . Это открытие оставалось в значительной степени непризнанным до недавнего времени. [4]

Источники реагентов

Примерно 1 из 6700 атомов водорода в морской воде – это дейтерий , что делает его легкодоступным. [1] [5]

Однако тритий является радиоизотопом и не может быть получен естественным путем. Этого можно избежать, подвергнув литий воздействию энергичных нейтронов, что приводит к образованию тритонов. [1] [5] Кроме того, DTF сам по себе испускает свободный нейтрон, который можно использовать для бомбардировки лития. [6] «Размножающее одеяло», сделанное из лития, часто размещают вдоль стенок термоядерных реакторов , чтобы свободные нейтроны, созданные DTF, реагировали с ним, производя больше 3 H. [7] [8] Этот процесс называется размножением трития .

Использование в термоядерных реакторах

DTF планируется использовать в ITER , [7] и многих других предлагаемых реакторах синтеза. Он имеет много преимуществ по сравнению с другими типами синтеза, поскольку имеет относительно низкую минимальную температуру, 10 8 кельвинов. [9]

Библиография

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc "Ядерный синтез". Университет штата Джорджия . Получено 29 января 2021 г.
  2. ^ Рулиг, Артур (15 августа 1938 г.). «Поиск гамма-лучей из реакции дейтрон-дейтрон». Phys. Rev. 54 ( 4): 308. doi :10.1103/PhysRev.54.308 . Получено 6 февраля 2024 г.
  3. ^ Чедвик, МБ (2023). «Самые ранние открытия в области ядерного синтеза DT». arXiv : 2302.04206 .
  4. ^ Париж, Марк У.; Чедвик, Марк Б. (2023-10-01). «Утерянная деталь в истории термоядерного синтеза D–T». Physics Today . 76 (10): 10–11. doi :10.1063/PT.3.5317. ISSN  0031-9228.
  5. ^ ab Lanctot, Matthew. «DOE Explains...deuterium–tritium Fusion Reactor Fuel». Министерство энергетики . Получено 12 апреля 2021 г.
  6. ^ Коули, Стив . «Введение в Fusion, часть I». (PDF) . SULI . Получено 30 января 2021 г.
  7. ^ ab "Fueling the Fusion Reaction". ITER . Получено 12 февраля 2021 г.
  8. ^ «Тритий: сложное топливо для термоядерного синтеза». EUROfusion . 8 ноября 2017 г. Получено 16 февраля 2021 г.
  9. ^ Шнайдер, Урсула (1 августа 2001 г.). «Синтез: энергия будущего». Международное агентство по атомной энергии . Получено 13 февраля 2021 г.