Ii bob yadroviy reaksiyalar

Termoyadroviy reaksiyalar.

Yulduzlar energiyasi Amerikalik fizik X.Beje 1939 yili Quyosh va yulduzlar energiyasining manbalaridan biri ular tarkibiga kiruvchi vodoroddan geliy hosil bo‘lishi degan gipotezani ilgari surdi, bu reaksiya soddalashtirilgan holda quyidagicha yozilishi mumkin: Н Н Н Н Нe 2 е 2hν 1 0 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 + + + → + + , (23.19) bu reaksiyada ajraluvchi energiya ∆E ≈ 26Mev ga teng bo‘ladi. Oldingida uran –235 yadrosining bo‘linish reaksiyasida ∆Е ≈ 208Mev energiya ajralishi mumkinligini ko‘rib o‘tgan edik. Uran yadrosi uchun har bir nuklonga to‘g‘ri kelgan energiya Е 9,0 Mev 235 208 1 = = ; geliy yadrosi uchun esa Е 5,6 Mev 4 26 2 = ≈ . Turbina Generator Kondensator 401 Demak, yengil yadrolar sintezida har bir nuklonga to‘g‘ri kelgan energiya og‘ir yadrodagiga qaraganda qorayib 7 barobar katta ekan. Shunday qilib, energetika nuqtai nazaridan yuqoridagi har bir nuklonga to‘g‘ri kelgan energiyalarni solishtirishda, shu narsa ma’lum bo‘ldiki, yengil yadrolar sintezi reaksiyasi, og‘ir yadrolarning bo‘linish reaksiyasiga qaraganda ko‘proq energiya olish imkoniyatini berar ekan. Ravshanki, ikki yadroning bir yadroga birlashishi uchun ular o‘zaro itarishish kuchlarini yengib, bir-biriga 10-15 m tartibdagi masofagacha yaqinlashishi lozim. Demak, birlashayotgan yadrolar kulon itarishish kuchlariga qarshi ish bajara olishi uchun yetarlicha katta kinetik energiyaga ega bo‘lishlari kerak, bu sintez reaksiyasini amalga oshirishning zaruriy shartidir. Vodorod yadrolarining 10-15 m masofagacha yaqinlashuvi, faqat bir necha yuz million gradus haroratgacha qizitilgan vodorod plazmasidagina bo‘lishi mumkin. Bunday haroratda yadrolarning kinetik energiyasi ular orasidagi elektrostatik itarishish kuchlarini yengishga yetarli bo‘ladi. Bunday reaksiyalar termoyadro reaksiyalari deb yuritiladi. Birinchi termoyadro reaksiyasi vodorod bombasida amalga oshirilgan. Unda vodorodning 1N 2 (deyteriy) va 1N 3 (tritiy) izotoplaridan geliy yadrosining sintezi amalga oshirilgan: Н + Н → Нe + n + ∆Е 1 0 4 2 3 1 2 1 (23.20) Vodorod bombasi suyultirilgan deyteriy bilan tritiy aralashmasi to‘ldirilgan massiv germetik yopilgan idishdan iborat. Idishning ichki qismi yuqorisiga uncha katta bo‘lmagan atom bombasi joylashtiriladi, u portlaganda deyteriy bilan tritiy aralashmasi bir onda o‘nlarcha million graduslargacha qiziydi. Shu tufayli shiddatli termoyadro reaksiyasi vujudga kelib, bu reaksiya vodorod bombasining portlashi bilan tugallanadi. Vodorod bombasining portlash kuchi atom bombasining portlash kuchidan o‘n marta kattadir. Agar vodorod bombaning devorlariga 238 U izotop (ya’ni tabiiy uran, chunki uning 99 % 238 92U dir) bilan qoplansa, termoyadroviy reaksiyada ajralib chiqadigan tez neytronlar 238 U yadrolarining bo‘linishiga. Qobiq Atom bomba 402 sababchi bo‘ladi. Buning natijasida bombaning portlash quvvati yanada ortadi. Vodorod bombasidagi termoyadro reaksiyasini boshqarib bo‘lmaydi. Boshqaruvchi termoyadro reaksiyasini amalga oshirish uchun 108K tartibidagi haroratni hosil qilish va uni ushlab turish kerak. Bundan tashqari, olingan gaz plazmasini berilgan hajmda ushlab turish zarur, chunki plazmaning idish devorlariga tegishi uning sovishiga olib keladi. Optimal yechimlarni topish yo‘lidagi fiziklarning uzoq muddatli izlanishlaridan ko‘p sonli qiyinchiliklarni yengish borasidagi kurashishlardan so‘ng eng istiqbolli yo‘nalishlar aniqlanadi. Hozirda bu muammoni hal qilishni ikki yo‘nalishi belgilandi: termoyadro reaksiyasini «tokamak» tipidagi qurilmalarda tinch yadro «alangansi» shaklida va yadro yonilg‘isi kichik «tabletka»larining «mikroportlashlari» ko‘rinishida amalga oshirish . Birinchi marta sobiq SSSR da yaratilgan «Tokamak – 10» tipidagi qurilmada plazmani qizitish uchun kuchli elektr razryadidan, uni ushlab turish uchun esa, magnit maydonidan foydalaniladi. «Tokamak»da plazma toroidal kamerada hosil qilinadi. Kamera past bosimli deyteriy (1N 2 ) bilan to‘ldirilgan. Toroidal kamera impuls transformatorning ikkinchi o‘rami bo‘ladi, uning birlamchi o‘rami juda katta sig‘imli kondensatorlar batareyasiga ulanadi. Kondensatorlar batareyasi transformatorning birlamchi o‘rami orqali zaryadsizlanganda toroidal kamerada uyurmaviy elektr maydon yuzaga keladi, u ishchi gazni ionlashtiradi va unda kuchli tok impulsini hosil qiladi. Elektr toki ishchi gazni qattiq qizdiradi. Bir necha o‘n million kelvingacha haroratli plazma hosil bo‘ladi. Bundan tashqari, toroidal kamerada hosil qilingan elektr toki ikkinchi muhim funksiyani bajaradi: uning magnit maydoni elektron va ionlarni plazma ustunida ushlab turadi va bu bilan ularning kamera devorlariga to‘g‘ridan-to‘g‘ri tegishiga to‘sqinlik qiladi. Plazma shnurining egilishlarga va boshqa mumkin bo‘lgan shakl o‘zgarishlarga nisbatan turg‘un bo‘lishi uchun «tokamak»da induksiya chiziqlari plazmadagi tok yo‘nalishiga parallel bo‘lgan kuchli magnit maydon hosil qilinadi. Bu stabilizatsiyalovchi toroidal magnit maydonni toroidal kameraning tashqarisidan o‘ralgan o‘ramlar hosil qiladi. «Tokamak»da yuqori haroratli plazma 0,06 s gacha ushlab turiladi, bundan bir oz kam vaqt davomida toroidal kamerada geliy sintezi termoyadro reaksiyasi amalga oshadi. 403 Hozirgi vaqtda xalqaro hamkorlik asosida boshqariladigan termoyadroviy reaksiyani amalga oshirish bo‘yicha izlanishlar ham olib borilmoqda. Shu kunda dunyoning 16 mamlakatida 100 dan ortiq atom elektrostansiya (AES) lar ishlab turibdi. Ularning umumiy elektr quvvati 4·107 kVt dan ortiq. Bundan buyon energetik balansda yadroviy energetikaning ulushi ortib boradi. Chunki dunyoda ishlatilayotgan energiyaning taxminan 70 % i neft va gaz yoqish hisobiga olinadi. Borgan sari oshib borayotgan energiya ehtiyojlarini hisobga olsak, neft va tabiiy gaz zapaslari uzog‘i bilan 50 yilga yetadi. Ko‘mir yoqish hisobiga esa energiya ehtiyojlarini uzog‘i bilan 500 yil davomida qondirib turish mumkin. Bu muammoni hal qilishda yadroviy energetikaga, ayniqsa, kelgusida termoyadro reaksiyasiga muhim rol ajratilgan.