Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающие при высоких температурах. Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции. Название “термоядерные реакции” отражает тот факт, что эти реакции идут при высоких температурах (>107–108 К), поскольку для слияния лёгкие ядра должны сблизиться до расстояний, равных радиусу действия ядерных сил притяжения, т.е. до расстояний ≈10-13 см. А вне зоны действия этих сил положительно заряженные ядра испытывают кулоновское отталкивание. Преодолеть это отталкивание могут лишь ядра, летящие навстречу друг другу с большими скоростями, т.е. входящие в состав сильно нагретых сред, либо специально ускоренные.
Ниже приведены несколько основных реакций слияния ядер и указаны для них значения энерговыделения Q. d означает дейтрон − ядро 2Н, t означает тритон − ядро 3Н.
d + d → 3He + n + 4.0 МэВ,
d + d → t + p + 3.25 МэВ,
t + d → 4He + n + 17.6 МэВ,
3He + d → 4He + p + 18.3 МэВ.
Реакция слияния ядер начинается тогда, когда сталкивающиеся ядра находятся в области их взаимного ядерного притяжения. Чтобы так сблизиться, сталкивающиеся ядра должны преодолеть их взаимное дальнодействующее электростатическое отталкивание, т.е. кулоновский барьер. Скорость реакции слияния крайне мала при энергиях ниже нескольких кэВ, но она быстро растет с ростом кинетичской энергии ядер, вступающих в реакцию. Соответствующие эффективные сечения реакций в зависимости от энергии дейтрона приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость эффективных сечений реакции слияния
от энергии дейтрона.
Самоподдерживающиеся термоядерные реакции являются эффективным источником ядерной энергии. Однако осуществить их на Земле сложно, так как для этого нужно удерживать высокие концентрации ядер при огромных температурах. Необходимые условия для протекания самоподдерживающихся термоядерных реакций имеются в звёздах, где они являются главным источником энергии. Так внутри Солнца, где находятся ядра водорода при плотности ≈100 г/см3 и температуре 107 К, идёт цепочка термоядерных реакций превращения четырёх протонов (ядер водорода) в ядро гелия-4 (4Не). При каждом таком превращении выделяется энергия 26.7 МэВ. Эта цепочка реакций (называемая протон-протонной) начинается с реакции (1) и приведена на рисунке.

Протон-протонная цепочка.
На Земле самоподдерживающиеся термоядерные реакции с выделением огромной энергии осуществлялись в течение очень короткого времени (10-7–10-6 сек) при взрывах водородных бомб. Одной из основных термоядерных реакций, обеспечивающих энерговыделение при таких взрывах, является реакция слияния двух тяжёлых изотопов водорода (дейтерия и трития) в ядро гелия с испусканием нейтрона:
2Н + 3Н  4Не + n.
При этом освобождается энергия 17.6 МэВ.
В настоящее время ведутся работы по созданиютермоядерного реактора, где ядерную энергию в промышленных масштабах предполагается получать за счёт управляемого термоядерного синтеза
Мы знаем, что в одном моле вещества всегда одно и то-же количество молекул. Значит во всех трёх задачах сначала надо найти количество этих самых молей. 1. Всем известно, что молярная масса вещества (то есть это масса одного моля) в граммах численно равна его молекулярной массе. То есть смотрим в таблицу Менделеева на атомную массу хлора, она равна 35. В молекуле хлора два атома, значит его молекулярная масса равна 35*2=70. Если к этому числу дописать слово "грамм", то получим массу одного моля хлора в граммах (молярную массу) M=70 г/моль. В задаче имеется 15 г хлора, значит это равно N=15/70 моль хлора. Теперь умножим количество молей на число молекул в одном моле (на постоянную Авогадро) и получим количество молекул в 15 г хлора. n=N*A; n=15/70 * 6*10^23; n=1.29*10^23 штук (округлённо) 2. В одной молекуле воды (H2O) содержится 2+8=10 электронов. Осталось найти количество молекул в 10 см^3 воды. M=2*1+16=18 г/моль m=pV; (масса воды) m=1000*10^-5=0.01 кг=10 г. N=m/M; N=10/18 моль. n=NA; n=(10/18)*6*10^23; n=3.33*10^23 шт. молекул ne=n*10=3.33*10^24 шт. электронов. 3. Надо найти начальное количество молекул в сосуде. m=250 г. N=250/18 моль. n=NA; n=(250/18)*6*10^23; n=83.33*10^23 штук. t=n/n1 (n1=5*10^19) t=83.33*10^23/(5*10^19); t=1.66*10^5 c; Разделим это время на количество секунд в сутках (86400) T=1.66*10^5/86400; T=1.92 суток (то есть почти двое суток).
Термоядерные реакции
Thermonuclear reactions
Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающие при высоких температурах. Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции. Название “термоядерные реакции” отражает тот факт, что эти реакции идут при высоких температурах (>107–108 К), поскольку для слияния лёгкие ядра должны сблизиться до расстояний, равных радиусу действия ядерных сил притяжения, т.е. до расстояний ≈10-13 см. А вне зоны действия этих сил положительно заряженные ядра испытывают кулоновское отталкивание. Преодолеть это отталкивание могут лишь ядра, летящие навстречу друг другу с большими скоростями, т.е. входящие в состав сильно нагретых сред, либо специально ускоренные.
Ниже приведены несколько основных реакций слияния ядер и указаны для них значения энерговыделения Q. d означает дейтрон − ядро 2Н, t означает тритон − ядро 3Н.
d + d → 3He + n + 4.0 МэВ,
d + d → t + p + 3.25 МэВ,
t + d → 4He + n + 17.6 МэВ,
3He + d → 4He + p + 18.3 МэВ.
Реакция слияния ядер начинается тогда, когда сталкивающиеся ядра находятся в области их взаимного ядерного притяжения. Чтобы так сблизиться, сталкивающиеся ядра должны преодолеть их взаимное дальнодействующее электростатическое отталкивание, т.е. кулоновский барьер. Скорость реакции слияния крайне мала при энергиях ниже нескольких кэВ, но она быстро растет с ростом кинетичской энергии ядер, вступающих в реакцию. Соответствующие эффективные сечения реакций в зависимости от энергии дейтрона приведены на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость эффективных сечений реакции слияния
от энергии дейтрона.
Самоподдерживающиеся термоядерные реакции являются эффективным источником ядерной энергии. Однако осуществить их на Земле сложно, так как для этого нужно удерживать высокие концентрации ядер при огромных температурах. Необходимые условия для протекания самоподдерживающихся термоядерных реакций имеются в звёздах, где они являются главным источником энергии. Так внутри Солнца, где находятся ядра водорода при плотности ≈100 г/см3 и температуре 107 К, идёт цепочка термоядерных реакций превращения четырёх протонов (ядер водорода) в ядро гелия-4 (4Не). При каждом таком превращении выделяется энергия 26.7 МэВ. Эта цепочка реакций (называемая протон-протонной) начинается с реакции (1) и приведена на рисунке.

Протон-протонная цепочка.
На Земле самоподдерживающиеся термоядерные реакции с выделением огромной энергии осуществлялись в течение очень короткого времени (10-7–10-6 сек) при взрывах водородных бомб. Одной из основных термоядерных реакций, обеспечивающих энерговыделение при таких взрывах, является реакция слияния двух тяжёлых изотопов водорода (дейтерия и трития) в ядро гелия с испусканием нейтрона:
2Н + 3Н  4Не + n.
При этом освобождается энергия 17.6 МэВ.
В настоящее время ведутся работы по созданиютермоядерного реактора, где ядерную энергию в промышленных масштабах предполагается получать за счёт управляемого термоядерного синтеза
1. Всем известно, что молярная масса вещества (то есть это масса одного моля) в граммах численно равна его молекулярной массе. То есть смотрим в таблицу Менделеева на атомную массу хлора, она равна 35. В молекуле хлора два атома, значит его молекулярная масса равна 35*2=70. Если к этому числу дописать слово "грамм", то получим массу одного моля хлора в граммах (молярную массу) M=70 г/моль.
В задаче имеется 15 г хлора, значит это равно N=15/70 моль хлора.
Теперь умножим количество молей на число молекул в одном моле (на постоянную Авогадро) и получим количество молекул в 15 г хлора.
n=N*A;
n=15/70 * 6*10^23;
n=1.29*10^23 штук (округлённо)
2. В одной молекуле воды (H2O) содержится 2+8=10 электронов. Осталось найти количество молекул в 10 см^3 воды.
M=2*1+16=18 г/моль
m=pV; (масса воды)
m=1000*10^-5=0.01 кг=10 г.
N=m/M;
N=10/18 моль.
n=NA;
n=(10/18)*6*10^23;
n=3.33*10^23 шт. молекул
ne=n*10=3.33*10^24 шт. электронов.
3. Надо найти начальное количество молекул в сосуде.
m=250 г.
N=250/18 моль.
n=NA;
n=(250/18)*6*10^23;
n=83.33*10^23 штук.
t=n/n1 (n1=5*10^19)
t=83.33*10^23/(5*10^19);
t=1.66*10^5 c;
Разделим это время на количество секунд в сутках (86400)
T=1.66*10^5/86400;
T=1.92 суток (то есть почти двое суток).