wd wp Пошук: ⬜

Мюонны каталіз

Мюонны каталіз ядзерных рэакцый сінтэзу (англ.: muon catalyzed fusion, MCFusion, MCF) заключаецца ў наступным: адмоўна зараджаны мюон (нестабільная часціца з часам жыцця τμ = 2,2 · 10−6 с і масай mμ = 206,769 me), трапляючы ў сумесь ізатопаў вадароду, утварае там мезаатамы pμ, dμ і tμ, якія, сутыкаючыся затым з малекуламі Н2, D2 і Т2 (а таксама HD, НТ і DT), утвараюць мезамалекулы ppμ, pdμ, ptμ, ddμ, dtμ і ttμ (ці, дакладней, мезамалекулярныя іоны (ppμ)+, (pdμ)+ і т. д.).

Паколькі мюон прыкладна ў 207 разоў цяжэй электрона, то памеры мезамалекул у столькі ж разоў менш памераў малекулярных іонаў H+2, HD+ і т. д., у якіх ядры аддаленыя адно ад аднаго ў сярэднім на адлегласць у дзве атамныя адзінкі ~2a0 = 2h²/mee² ~10−8 см. У мезамалекулах ядры аддаленыя на адлегласць прыкладна ў дзве мезаатамныя адзінкі ~2aμ = 2h²/mμe² ~5×10−11 см. На такую адлегласць збліжаюцца ядры ізатопаў вадароду пры кінетычнай энергіі ~3 кэВ, што адпавядае ~30 мільёнам градусаў, што параўнальна з тэмпературай, дасягнутай у сучасных тэрмаядзерных устаноўках.

Пасля ўтварэння мезамалекул ddμ, dtμ і ttμ вельмі хутка, за час τ = 10−9 — 10−12 с, адбываецца зліццё іх ядзер за кошт моцнага ўзаемадзеяння ў рэакцыях

→

4,032

M e V

{\displaystyle \mathrm {D} +\mathrm {D} \ \rightarrow \ \mathrm {p} +\mathrm {T} +4{,}032;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{D\} +\mathrm \{D\} \ \rightarrow \ \mathrm \{p\} +\mathrm \{T\} +4\{,\}032\;\mathrm \{MeV\} \}$

→

H e

3,268

M e V

{\displaystyle \mathrm {D} +\mathrm {D} \ \rightarrow \ \mathrm {n} +{}^{3}\mathrm {He} +3{,}268;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{D\} +\mathrm \{D\} \ \rightarrow \ \mathrm \{n\} +\{\}^\{3\}\mathrm \{He\} +3\{,\}268\;\mathrm \{MeV\} \}$

→

H e

17,589

M e V

{\displaystyle \mathrm {D} +\mathrm {T} \ \rightarrow \ \mathrm {n} +{}^{4}\mathrm {He} +17{,}589;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{D\} +\mathrm \{T\} \ \rightarrow \ \mathrm \{n\} +\{\}^\{4\}\mathrm \{He\} +17\{,\}589\;\mathrm \{MeV\} \}$

→ 2

H e

11,332

M e V

{\displaystyle \mathrm {T} +\mathrm {T} \ \rightarrow \ 2,\mathrm {n} +{}^{4}\mathrm {He} +11{,}332;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{T\} +\mathrm \{T\} \ \rightarrow \ 2\,\mathrm \{n\} +\{\}^\{4\}\mathrm \{He\} +11\{,\}332\;\mathrm \{MeV\} \}$ У мезамалекулах pdμ і ptμ параўнальна малая скорасць (~ 106 с−1) рэакцый

→

H e

γ + 5

M e V

{\displaystyle \mathrm {p} +\mathrm {D} \ \rightarrow \ {}^{3}\mathrm {He} +\gamma +5{,}4;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{p\} +\mathrm \{D\} \ \rightarrow \ \{\}^\{3\}\mathrm \{He\} +\gamma +5\{,\}4\;\mathrm \{MeV\} \}$

→

H e

γ + 19,814

M e V

{\displaystyle \mathrm {p} +\mathrm {T} \ \rightarrow \ {}^{4}\mathrm {He} +\gamma +19{,}814;\mathrm {MeV} }

$\{\displaystyle \mathrm \{p\} +\mathrm \{T\} \ \rightarrow \ \{\}^\{4\}\mathrm \{He\} +\gamma +19\{,\}814\;\mathrm \{MeV\} \}$ вызначаецца электрамагнітным узаемадзеяннем.

Паколькі гэтыя рэакцыі ў мезамалекулах ідуць у прысутнасці мюона μ−, то для кожнай з іх магчымыя два зыходы, а менавіта, мюон можа ці вызваліцца, ці ўтварыць мезаатам гелію. Свабодны мюон можа ініцыяваць наступную рэакцыю сінтэзу, а мюон, захоплены ядром гелію (альфа-часціцай) — не. Такім чынам, лік рэакцый сінтэзу Xc, якія ініцыююцца адным мюонам, абмежаваны велічынёй каэфіцыента прыліпання мюона да гелію (~ 0,5 — 1 %). Эксперыментальна ўдалося атрымаць значэнні Xc ~ 100, гэта значыць адзін мюон здольны вызваліць энергію ~ 100 × 20 МэВ = 2 ГэВ. Але гэта велічыня ўсё ж меншая, чым энергетычныя затраты на вытворчасць самога мюона на паскаральніку (5-10 ГэВ для пучка дэйтронаў). Такім чынам, мюонны каталіз пакуль энергетычна нявыгадны працэс. Камерцыйна выгадная вытворчасць энергіі магчыма пры Xc ~ 104.

Таксама прапаноўвалася выкарыстанне мюоннага каталізу для ядзернага размнажэння шляхам атрымання вялікага патоку нейтронаў у кіруемай тэрмаядзернай рэакцыі і наступнай трансмутацыі U-238 у Pu-239[1].

Зноскі

↑ Карнаков Б.М. «Мюонный катализ ядерного синтеза».

Тэмы гэтай старонкі (2):
Катэгорыя·Фізіка плазмы
Катэгорыя·Тэрмаядзерныя рэакцыі