ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ЛЕГКИХ ЯДРАХ

Прежде чем рассказать о различных ядерных реакциях, введем их общепринятые обозначения.

Ядра различных элементов записываются обычными химическими символами. Вверху символа, справа, пишется массовое число ядра, а внизу, слева, — атомный номер, или заряд ядра. В левой части записи обозначаются ядра, вступающие в реакцию (3Li7 + iHi). Стрелка, направленная в правую часть, указывает, какое ядро получается в результате ядерной реакции. Это ядро может находиться в возбужденном состоянии, на что указывает значок.

В качестве горючего при ядерном синтезе могут быть в основном использованы все изотопы водорода (iH1, iD2, iT3), легкий изотоп гелия (Не3) и оба естественных изотопа лития (3Li6, 3Li7). Однако этих сведений о ядерных реакциях совершенно недостаточно, чтобы выбрать ту или иную из них для получения атомной энергии. Большое количество выделяющейся энергии в реакции не может быть основным признаком для этого выбора. Необходимо знать, какова вероятность ядерной реакции и при каких энергиях бомбардирующих частиц она идет.

Мы уже знаем, что для того, чтобы осуществилась ядерная реакция, взаимодействующие частицы должны преодолеть потенциальный барьер, обусловленный электростатическими силами отталкивания, действующими между одноименно заряженными частицами. Чем больше заряд ядра, тем труднее осуществить ядерную реакцию, тем большей скоростью должны обладать вступающие в реакцию частицы. Легче всего осуществить реакции между самыми легкими ядрами — ядрами изотопов водорода. Но ядра представляют собой квантовые частицы и для слияния необязательно должны обладать энергией, большей, чем высота потенциального барьера; они могут проникнуть сквозь барьер, и, как мы увидим позже, именно эти подбарьерные реакции особенно интересуют физиков.

Большую роль играет резонансный характер ряда ядерных реакций. При некоторых значениях энергии сталкивающихся ядер вероятность ядерной реакции, ее эффективное сечение увеличиваются во много раз. Происходит явление, аналогичное резонансу в радиотехнических, звуковых и механических устройствах. Во многих случаях даже при близкой к резонансной энергии сталкивающихся частиц эффективное сечение получает заметное значение и такая реакция уже может быть использована.

Теоретически еще не всегда можно предсказать эффективное сечение ядерной реакции и его зависимость от энергии сталкивающихся ядер. Но многочисленные экспериментальные исследования дают достаточно полные сведения для того, чтобы судить, пригодна или нет ядерная реакция для получения энергии. Эти исследования проводятся на ускорителях, где мишени, состоящие из легких элементов, бомбардируются частицами с различной энергией.

Примерно такой же характер имеет зависимость эффективного сечения от энергии реакции 2He3(d, р)2Не4. Здесь резонансный максимум достигается при большей энергии дейтонов и эффективное сечение меньше.

Эффективные сечения ядерных реакций 3Li6(d, а)2Не4 и 3Li7(p, а)2Не4 имеют значения около 10~4 барн для энергии дейтонов и протонов порядка нескольких кило- электроновольт.

Таким образом, легче всего идет ядерная реакция iT3(d, я)2Не4, дающая большую энергию. Остальные рассмотренные реакции имеют меньшую вероятность, и, для того чтобы скорость их была заметной, нужна большая энергия бомбардирующих частиц.