அணு இணைவு இயற்பியல்

நட்சத்திரங்களில் இணைவு எதிர்வினைகள்

இணைவு எதிர்வினைகள் நட்சத்திரங்களின் முதன்மை ஆற்றல் மூலமாகும் மற்றும் ஒளி கூறுகளின் நியூக்ளியோசைன்டிசிஸிற்கான பொறிமுறையாகும். 1930 களின் பிற்பகுதியில், டியூடீரியத்தை உருவாக்குவதற்கான ஹைட்ரஜன் கருக்களின் இணைவு எக்ஸோஜெர்ஜிக் (அதாவது ஆற்றலின் நிகர வெளியீடு உள்ளது) மற்றும் அடுத்தடுத்த அணுசக்தி எதிர்விளைவுகளுடன் சேர்ந்து ஹீலியத்தின் தொகுப்புக்கு வழிவகுக்கிறது என்பதை ஹான்ஸ் பெத்தே முதலில் உணர்ந்தார். ஹீலியத்தின் உருவாக்கம் சூரியன் போன்ற சாதாரண நட்சத்திரங்களால் வெளிப்படும் ஆற்றலின் முக்கிய ஆதாரமாகும், அங்கு எரியும் கோர் பிளாஸ்மா 15,000,000 K க்கும் குறைவான வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், ஒரு நட்சத்திரம் உருவாகும் வாயு பெரும்பாலும் சில கனமானவற்றைக் கொண்டுள்ளது கூறுகள், குறிப்பாக கார்பன் (சி) மற்றும் நைட்ரஜன் (என்), புரோட்டான்கள் மற்றும் இந்த கருக்களுக்கு இடையில் அணுசக்தி எதிர்வினைகளைச் சேர்ப்பது முக்கியம். புரோட்டான்களுக்கு இடையிலான எதிர்வினை சங்கிலி இறுதியில் ஹீலியத்திற்கு வழிவகுக்கிறது புரோட்டான்-புரோட்டான் சுழற்சி. புரோட்டான்கள் கார்பன் மற்றும் நைட்ரஜனை எரிக்க தூண்டும்போது, ​​சி.என் சுழற்சியைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்; மேலும், ஆக்ஸிஜன் (O) சேர்க்கப்படும்போது, ​​மற்றொரு மாற்றுத் திட்டமான CNO இரு-சுழற்சியைக் கணக்கிட வேண்டும். (கார்பன் சுழற்சியைக் காண்க.)

அணு ஆயுதம்: தெர்மோநியூக்ளியர் (இணைவு) ஆயுதங்களின் கோட்பாடுகள்

அணு இணைவு என்பது ஒரு கனமான அணுவை உருவாக்குவதற்கு இரண்டு அணுக்களின் கருக்களின் இணைதல் (அல்லது இணைத்தல்) ஆகும். மிக அதிக வெப்பநிலையில் - இல்

ஹைட்ரஜன் மட்டுமே கொண்ட ஒரு நட்சத்திரத்தில் உள்ள புரோட்டான்-புரோட்டான் அணு இணைவு சுழற்சி H + H D + β ⁺ + the எதிர்வினையுடன் தொடங்குகிறது; Q = 1.44 MeV, அங்கு Q- மதிப்பு ஒரு எலக்ட்ரானால் பாசிட்ரானை நிர்மூலமாக்குகிறது. டியூட்டீரியம் மற்ற டியூட்டீரியம் கருக்களுடன் வினைபுரியக்கூடும், ஆனால், அதிக ஹைட்ரஜன் இருப்பதால், டி / எச் விகிதம் மிகக் குறைந்த மதிப்புகளுக்கு வைக்கப்படுகிறது, பொதுவாக 10 ⁻¹⁸. இவ்வாறு, அடுத்த கட்டம் H + D → ³ He + is; Q = 5.49 MeV, இங்கு gam காமா கதிர்கள் சில ஆற்றல் விளைச்சலைக் கொண்டு செல்வதைக் குறிக்கிறது. ஹீலியம் -3 ஐசோடோப்பை எரிப்பது சங்கிலியின் கடைசி கட்டத்தின் மூலம் சாதாரண ஹீலியம் மற்றும் ஹைட்ரஜனை உருவாக்குகிறது: ³ அவர் + ³ அவர் → ⁴ அவர் + 2 (எச்); கே = 12.86 மெ.வி.

சமநிலையில், ஹீலியம் -3 தானாகவே எதிர்வினைகளால் எரிகிறது, ஏனெனில் ஹைட்ரஜனுடன் அதன் எதிர்வினை வீதம் சிறியது, அதே நேரத்தில் டியூட்டீரியத்துடன் எரியும் மிகக் குறைந்த டியூட்டீரியம் செறிவு காரணமாக மிகக் குறைவு. ஹீலியம் -4 கட்டமைக்கப்பட்டவுடன், ஹீலியம் -3 உடனான எதிர்வினைகள் வெப்பநிலை சுமார் 10,000,000 K ஐ விட அதிகமாக இருந்தால், பெரிலியம் -7, பெரிலியம் -8, லித்தியம் -7, மற்றும் போரான் -8 உள்ளிட்ட இன்னும் கனமான கூறுகளின் உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கும்..

நட்சத்திர பரிணாம வளர்ச்சியின் நிலைகள் மிக நீண்ட காலங்களில் தொகுப்பாக்க மாற்றங்களின் விளைவாகும். ஒரு நட்சத்திரத்தின் அளவு, மறுபுறம், சூடான பிளாஸ்மாவால் செலுத்தப்படும் அழுத்தம் மற்றும் நட்சத்திரத்தின் வெகுஜன ஈர்ப்பு விசைக்கு இடையிலான சமநிலையால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. எரியும் மையத்தின் ஆற்றல் நட்சத்திரத்தின் மேற்பரப்பை நோக்கி கொண்டு செல்லப்படுகிறது, அங்கு அது ஒரு பயனுள்ள வெப்பநிலையில் கதிர்வீச்சு செய்யப்படுகிறது. சூரியனின் மேற்பரப்பின் பயனுள்ள வெப்பநிலை சுமார் 6,000 K ஆகும், மேலும் புலப்படும் மற்றும் அகச்சிவப்பு அலைநீள வரம்புகளில் குறிப்பிடத்தக்க அளவு கதிர்வீச்சு வெளியேற்றப்படுகிறது.

கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மின் உற்பத்திக்கான இணைவு எதிர்வினைகள்

டியூட்டீரியம் மற்றும் ட்ரிடியம் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான எதிர்வினைகள் கட்டுப்படுத்தப்பட்ட மின் உற்பத்திக்கான மிக முக்கியமான இணைவு எதிர்வினைகள், ஏனெனில் அவை நிகழும் குறுக்குவெட்டுகள் அதிகமாக உள்ளன, நிகர ஆற்றல் வெளியீட்டிற்கு தேவையான நடைமுறை பிளாஸ்மா வெப்பநிலை மிதமானது, மற்றும் எதிர்வினைகளின் ஆற்றல் மகசூல் அதிகமாக உள்ளது - 17.58 MeV அடிப்படை டிடி இணைவு எதிர்வினை.

டியூட்டீரியம் கொண்ட எந்த பிளாஸ்மாவும் மற்ற டியூட்டீரியம் அயனிகளுடன் டியூட்டீரியத்தின் எதிர்விளைவுகளிலிருந்து தானாகவே சில ட்ரிடியம் மற்றும் ஹீலியம் -3 ஐ உருவாக்குகிறது என்பதை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். 2 க்கு மேல் உள்ள அணு எண்ணைக் கொண்ட கூறுகளை உள்ளடக்கிய பிற இணைவு எதிர்வினைகளைப் பயன்படுத்தலாம், ஆனால் அதிக சிரமத்துடன் மட்டுமே. ஏனென்றால், கருக்களின் அதிகரிக்கும் கட்டணத்துடன் கூலொம்ப் தடை அதிகரிக்கிறது, இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க விகிதத்தை அடைய வேண்டுமானால் பிளாஸ்மா வெப்பநிலை 1,000,000,000 K ஐ தாண்ட வேண்டும் என்ற தேவைக்கு வழிவகுக்கிறது. இன்னும் சில சுவாரஸ்யமான எதிர்வினைகள்:

1. எச் + ¹¹ பி → 3 (⁴ அவர்); கே = 8.68 மெ.வி;

2. எச் + ⁶ லி → ³ அவர் + ⁴ அவர்; கே = 4.023 மெ.வி;

3. ³ அவர் + ⁶ லி → எச் + 2 (⁴ அவர்); கே = 16.88 மெ.வி; மற்றும்

4. ³ அவர் + ⁶ லி → டி + ⁷ இரு; கே = 0.113 மெ.வி.

எதிர்வினை (2) லித்தியம் -6 ஐ ஹீலியம் -3 ஆகவும் சாதாரண ஹீலியமாகவும் மாற்றுகிறது. சுவாரஸ்யமாக, எதிர்வினை (2) எதிர்வினை (3) ஐத் தொடர்ந்து வந்தால், ஒரு புரோட்டான் மீண்டும் தயாரிக்கப்பட்டு எதிர்வினை (2) ஐத் தூண்டுவதற்கு கிடைக்கும், இதன் மூலம் செயல்முறையை பரப்புகிறது. துரதிர்ஷ்டவசமாக, எதிர்வினை (4) எதிர்வினை (3) ஐ விட 10 மடங்கு அதிகமாக ஏற்பட வாய்ப்புள்ளது.

இணைவு ஆற்றலை அடைவதற்கான முறைகள்

இணைவு ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதற்கான நடைமுறை முயற்சிகள் அணுக்கரு இணைவு எதிர்விளைவுகளுக்கு உட்படும் தனிமங்களின் உயர் வெப்பநிலை பிளாஸ்மாவைக் கொண்டிருப்பதற்கான இரண்டு அடிப்படை அணுகுமுறைகளை உள்ளடக்கியது: காந்த சிறைவாசம் மற்றும் செயலற்ற சிறைவாசம். மிகவும் குறைவான வாய்ப்பு இருந்தாலும், சுவாரஸ்யமான அணுகுமுறை மியூயன்களால் வினையூக்கப்பட்ட இணைவை அடிப்படையாகக் கொண்டது; இந்த தலைப்பில் ஆராய்ச்சி அணு இயற்பியலில் உள்ளார்ந்த ஆர்வமாக உள்ளது. இந்த மூன்று முறைகள் இந்த பகுதியில் சில விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளன. கூடுதலாக, குளிர் இணைவு மற்றும் குமிழி இணைவு என பிரபலமாக அழைக்கப்படும் செயல்முறைகள் சுருக்கமாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளன.

காந்த சிறை

காந்த சிறைச்சாலையில் ஒரு சூடான பிளாஸ்மாவின் துகள்கள் மற்றும் ஆற்றல் காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்தி இடத்தில் வைக்கப்படுகின்றன. ஒரு காந்தப்புலத்தில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் ஒரு லோரென்ட்ஸ் சக்தியை அனுபவிக்கிறது, இது துகள் வேகம் மற்றும் காந்தப்புலத்தின் தயாரிப்புக்கு விகிதாசாரமாகும். இந்த சக்தி எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் அயனிகள் காந்தக் கோட்டின் திசையைப் பற்றி சுழலச் செய்கிறது, இதனால் துகள்கள் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன. காந்தப்புலத்தின் இடவியல் ஒரு பயனுள்ள காந்த கிணற்றைக் கொடுக்கும் போது மற்றும் பிளாஸ்மாவிற்கும் புலத்திற்கும் இடையிலான அழுத்த சமநிலை நிலையானதாக இருக்கும்போது, ​​பிளாஸ்மாவை பொருள் எல்லைகளிலிருந்து விலக்கி வைக்க முடியும். வெப்பம் மற்றும் துகள்கள் வயல்வெளியில் மற்றும் குறுக்கே கொண்டு செல்லப்படுகின்றன, ஆனால் ஆற்றல் இழப்புகளை இரண்டு வழிகளில் தடுக்கலாம். முதலாவது, புலக் கோடுடன் இரண்டு இடங்களில் காந்தப்புலத்தின் வலிமையை அதிகரிப்பது. இந்த புள்ளிகளுக்கு இடையில் உள்ள சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள் முன்னும் பின்னுமாக பிரதிபலிக்கும்படி செய்யப்படலாம், இது காந்த பிரதிபலிப்பு என அழைக்கப்படுகிறது. ஒவ்வொரு முனையிலும் தீவிரப்படுத்தப்பட்ட காந்தப்புலத்தின் ஒரு பகுதியைக் கொண்ட ஒரு நேரான அமைப்பில், துகள்கள் பிரதிபலிக்கும் புள்ளிகளை நெருங்கும்போது துகள்களுக்கு இடையில் சிதறல் காரணமாக முனைகளின் வழியாக தப்பிக்க முடியும். ஒரு டோரஸின் இடவியலில் (அதாவது, ஒரு டோனட் அல்லது உள் குழாயின் உள்ளமைவு) ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குவதன் மூலம் இத்தகைய இறுதி இழப்புகளை முற்றிலும் தவிர்க்கலாம்.

நிலையான பிளாஸ்மா சிறைச்சாலைக்கு ஒரு காந்தப்புல இடவியலை உருவாக்க வெளிப்புற காந்தங்கள் ஏற்பாடு செய்யப்படலாம், அல்லது அவை பிளாஸ்மாவிலேயே பாயத் தூண்டப்படும் நீரோட்டங்களால் உருவாகும் காந்தப்புலங்களுடன் இணைந்து பயன்படுத்தப்படலாம். 1960 களின் பிற்பகுதியில், சோவியத் யூனியனின் நடைமுறை எரிசக்தி உற்பத்திக்கான இணைவு எதிர்வினைகளைப் பயன்படுத்துவதில் ஒரு பெரிய முன்னேற்றத்தைக் கண்டது. டோகாமக் என குறிப்பிடப்படும் எந்திரத்தில் சோவியத் விஞ்ஞானிகள் உயர் பிளாஸ்மா வெப்பநிலையை (சுமார் 3,000,000 கே), மற்ற உடல் அளவுருக்களுடன் அடைந்துள்ளனர் (படம் பார்க்கவும்). டோகாமக் என்பது ஒரு டொராய்டல் காந்த அடைப்பு முறை ஆகும், இதில் பிளாஸ்மா வெளிப்புறமாக உருவாக்கப்பட்ட, டோனட் வடிவ காந்தப்புலம் மற்றும் பிளாஸ்மாவுக்குள் பாயும் மின்சாரங்கள் ஆகியவற்றால் நிலையானதாக வைக்கப்படுகிறது. 1960 களின் பிற்பகுதியிலிருந்து டோகாமாக் உலகெங்கிலும் உள்ள காந்த இணைவு ஆராய்ச்சியின் முக்கிய மையமாக உள்ளது, இருப்பினும் ஸ்டெல்லரேட்டர், காம்பாக்ட் டோரஸ் மற்றும் தலைகீழ் புலம் பிஞ்ச் (ஆர்.எஃப்.பி) போன்ற பிற அணுகுமுறைகளும் பின்பற்றப்படுகின்றன. இந்த அணுகுமுறைகளில், காந்தப்புலக் கோடுகள் ஒரு ஹெலிகல் அல்லது திருகு போன்ற பாதையைப் பின்பற்றுகின்றன, ஏனெனில் காந்த சக்தியின் கோடுகள் டோரஸைச் சுற்றி செல்கின்றன. டோகாமக்கில் ஹெலிக்ஸின் சுருதி பலவீனமாக உள்ளது, எனவே புலக் கோடுகள் டோரஸின் போலாய்டல் திசையைச் சுற்றி (மத்திய துளை வழியாக) தளர்வாகச் செல்கின்றன. இதற்கு நேர்மாறாக, ஆர்.எஃப்.பி புலக் கோடுகள் மிகவும் இறுக்கமாகச் சுழல்கின்றன, டொராய்டல் திசையில் (மத்திய துளைச் சுற்றி) ஒரு சுழற்சியை நிறைவு செய்வதற்கு முன் பல முறை போலோயிடல் திசையில் மூடுகின்றன.

காந்தமாக வரையறுக்கப்பட்ட பிளாஸ்மா அணுக்கரு இணைவு வீரியமுள்ள வெப்பநிலைக்கு வெப்பப்படுத்தப்பட வேண்டும், பொதுவாக 75,000,000 K ஐ விட அதிகமாக இருக்கும் (4,400 eV ஆற்றலுக்கு சமம்). ரேடியோ-அதிர்வெண் அலைகள் அல்லது நுண்ணலைகளை பிளாஸ்மா துகள்களுடன் இணைப்பதன் மூலம், அயனியாக்கம் மற்றும் பிளாஸ்மாவை வெப்பமாக்கும் நடுநிலை அணுக்களின் ஆற்றல்மிக்க விட்டங்களை செலுத்துவதன் மூலம், பிளாஸ்மாவை காந்தமாக சுருக்கி அல்லது ஓமிக் வெப்பமாக்கல் (ஜூல் வெப்பமாக்கல் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது) பிளாஸ்மா வழியாக ஒரு மின்சாரம் செல்லும்போது அது நிகழ்கிறது.

டோகாமாக் கருத்தைப் பயன்படுத்தி, அமெரிக்கா, ஐரோப்பா மற்றும் ஜப்பானில் உள்ள விஞ்ஞானிகள் மற்றும் பொறியியலாளர்கள் 1980 களின் நடுப்பகுதியில் வெப்பநிலை, அடர்த்தி மற்றும் எரிசக்தி அடைப்பு ஆகியவற்றின் நிலைமைகளை அடைய பெரிய சோதனை டோகாமாக் சாதனங்களைப் பயன்படுத்தத் தொடங்கினர், இது இப்போது நடைமுறை இணைவு மின் உற்பத்திக்குத் தேவையானவற்றுடன் பொருந்துகிறது. இந்த முடிவுகளை அடைய பயன்படுத்தப்படும் இயந்திரங்களில் ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் கூட்டு ஐரோப்பிய டோரஸ் (JET), ஜப்பானிய டோகாமாக் -60 (JT-60), மற்றும் 1997 வரை, அமெரிக்காவில் டோகாமக் ஃப்யூஷன் டெஸ்ட் ரியாக்டர் (TFTR) ஆகியவை அடங்கும். உண்மையில், டி.எஃப்.டி.ஆர் மற்றும் ஜே.இ.டி சாதனங்களில், டியூட்டீரியம் மற்றும் ட்ரிடியம் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி சோதனைகள் 10 மெகாவாட் இணைவு சக்தியையும், பிளாஸ்மாவிலேயே ஆற்றல் உடைக்கும் நிலைமைகளையும் உற்பத்தி செய்தன. 1990 களில் ஜெர்மனி மற்றும் ஜப்பானில் பெரிய ஸ்டெல்லரேட்டர் இயந்திரங்களில் டோகாமாக்களில் அடையப்பட்டதை அணுகும் பிளாஸ்மா நிலைமைகள் அடையப்பட்டன.