Wstęp do fizyki jądra atomowego/Łańcuchowe reakcje rozszczepienia. Reaktory jądrowe. Bomba jądrowa: Różnice pomiędzy wersjami

Usunięta treść Dodana treść
Nie podano opisu zmian
Nie podano opisu zmian
Linia 7:
'''Oddziaływanie neutronu z jądrem atomowym może prowadzić do:'''
*rozpraszania elastycznego prowadzi do obniżenia energii kinetycznej i zmiany kierunku rozpraszania n, która jest bardziej efektywna dla jąder lekkich H,D,<SUP>12</SUP>C, itp., zapisz tego zjawiska jest:
{{indexWzórCentrujWzór|<math>n+X\rightarrow X+n\;</MATH>|7.1}}
*rozpraszanie nieelastyczne prowadzi do obniżenia energii neutronu i wzbudzenia jądra X<sup>*</sup>, co zapisujemy:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>n+X\rightarrow X^*+n^'\;</MATH>|7.2}}
{{IndexGrafikaRysunek|Zależność od energii neutronów przekroju czynnego kadmu i indu na wychwyt neutronów.jpeg|7.1|Zależność od energii neutronów przekroju czynnego kadmu i indu na pochłanianie neutronów|Rozmiar=400px}}
*wychwyt radiacyjny prowadzi do straty neutronu, w którym jądro atomowe X zamienia się wzbudzone jądro C, który w wyniku deekscytacji jądra wysyła kwant &gamma;:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>n+{}^AX\rightarrow {}^{A+1}C^*\rightarrow C+\gamma\;</math>|7.3}}
Wychwyt neutronu przez jądro ma charakter rezonansowy, tzn. to jest najbardziej prawdopodobne dla energii neutronu, taki że spełnia związek:
{{indexWzórCentrujWzór|<MATH>E_n^{rez}+S_n(C)=E_{wzb}(C)\;</MATH>|7.4}}
Dla energii neutronu {{Formuła|<MATH>E_n<E_n^{rez}\;</MATH>}} przekrój czynny na wychwyt neutronu jest:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>\sigma_{wych}\sim{{1}\over{\sqrt{E}}}\;</MATH>|7.5}}
Energie rezonansowe zwykle mieszczą się w przedziale 0,1eV do 10keV, co jest spełnione dla neutronów powolnych.
Dla jąder <sup>113</sup>Cd 12,3% reakcji zachodzi przy wychwycie rezonansowym przy rezonansowej energii neutronów E<sub>rez</sub>&asymp;0,176eV, wtedy przekrój czynny na wychwyt neutronu według rysunku {{LinkGrafika|7.1}} jest &sigma;<sub>wych</sub>=6&sdot;10<sup>2</sup>b, a przy energii neutronów E<sub>n</sub><E<sub>rez</sub> przekrój czynny na wychwyt neutronu jest &sigma;<sub>wych</sub>=3&sdot;10<sup>3</sup>b.
Jądra <Sup>113</sup>Cd mają bardzo wysoką barierę na rozszczepienie. Wychwyt neutronów termicznych (jądra o energii 0,025MeV w warunkach temperatury pokojowej) przez te jądra prowadzi do (n,n<sup>'</sup>), i do (n,&gamma;), ale nie ma reakcji na rozszczepienie (n,f). Bardzo dużą wartość przekroju czynnego &sigma;<Sub>wych</sub> mają jądra <sup>135</sup>Xe wynoszącą na neutronów termicznych &sigma;<sub>wych</sub>=3,5&sdot;10<sup>6</sup>b. Jądra <sup>135</sup>Xe powstają w wyniku reakcji (n,f) na jądrach <sup>235</sup>U. Powstawanie tych jąder wyniku reakcji rozszczepienia powoduje tzw. zatrucie rezonansowe reakcji. Dla jąder uranu naturalnego (99,38%<sup>238</sup>U ({{Formuła|<MATH>T_{1/2}\simeq 7,0\cdot 10^8lat\;</math>}})+0,72%<sup>235</sup>U ({{Formuła|<MATH>T_{1/2}=4,5\cdot 10^9 lat\;</MATH>}})) zachodzące reakcje (n,&gamma;) i (n,f) mają układ rezonansów bardzo skomplikowany.
Dla jądra <sup>235</sup>U przechwyt neutronu jest możliwy, bo energia separacji neutronu w jądrze <sup>236</sup>U jest większa niż jego bariera potencjału, dlatego może w nim zachodzić rozszczepienie na lżejsze jądra. Przekrój czynny na rozszczepienie na tym jądrze bardzo szybko rośnie wraz ze zmniejszaniem się energii neutronów, dla E<sub>n</sub>&ge;1 keV, omawiany przekrój czynny jest mniejszy niż 10b, a natomiast dla energii E<sub>n</sub>=0,025eV jest równy 580b. By zwiększyć przekrój czynny reakcji na rozszczepienie stosuje się moderator, który nie może być on np. w stanie gazowym, by miał dostateczną dużą gęstość, a jego przekrój czynny na pochłanianie neutronów był możliwie mały. Zadaniem modelatora jest zmniejszanie prędkości neutronów szybkich, najlepiej, by modelator składał się z atomów możliwie lekkich, wtedy straty energii neutronów na modelatorze były możliwie duże. W reaktorach jądrowych stosuje się D<sub>2</sub>0 i grafit. Reakcje (n,f) na jądrze <Sup>238</sup>U zachodzą, gdy energia neutronów jest E<sub>n</sub>&ge;1,5MeV, czyli w tym przypadku mamy do czynienia z neutronami szybkimi. W przedziale energii neutronów wynoszącej od 1,5 do 20MeV przekrój czynny na rozszczepienie jest &sigma;<Sub>f</sub><1,5b. A przy tych energiach procentowo ilość reakcji na rozszczepienie względem rozpraszania nieelastycznego neutronu jest równa stosunkowi:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>{{\sigma_f}\over{\sigma_{\gamma}+\sigma_f}}\simeq 0,25\;</MATH>|7.6}}
W wyniku rozpraszania elastycznego i nieelastycznego neutron bardzo szybko traci energię przechodząc poniżej progu 1,5MeV, zatem nie możliwe jest zrealizowanie łańcuchowej reakcji w wyniku rozszczepienia na jądrze <sup>238</sup>U.
===Warunki na zajście reakcji łańcuchowej===
Nie każdy neutron wytworzony w wyniku reakcji rozszczepienia prowadzi do reakcji rozszczepienia, więc warunek &nu;>0 nie jest wystarczający. Stosunek liczby neutronów dla dowolnej generacji do liczby neutronów aby następował ich wychwyt do reakcji rozszczepienia jest zwany stosunkiem mnożenia neutronów lub stosunkiem powielania neutronów:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>k={{N_f}\over{N_{wychw}}}=\nu{{\sigma_f}\over{\sigma_{wychw}}}\;</MATH>|7.7}}
Przekrój czynny na wychwyt neutronów jest sumą na przekroje czynne na rozszczepienie i produkcji promieniowania &gamma; poprzez wychwyt neutronów:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>\sigma_{wychw}=\sigma_f+\sigma_{\gamma}\;</MATH>|7.8}}
Jeśli czas średni życia jednej generacji wynosi &tau;, to przyrost neutronów w jednostce czasu dt w zależności od liczby neutronów i w zależności od zmiennej k przedstawiamy:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>{{dN}\over{dt}}={{N(k-1)}\over{\tau}}\Rightarrow N(t)=N_0e^{{{k-1}\over{\tau}}t}\;</MATH>|7.9}}
Liczba neutronów reakcji łańcuchowych w kolejnych generacjach jest uzależniona od liczby k, który może przyjmować następujące wartości:
*k<1 - reakcja łańcuchowa nie rozwija się, jest to stan podkrytyczny.
Linia 36:
 
Na przykład dla k=1,05, gdy &tau;&asymp;10<sup>-3</sup>s po jednej sekundzie liczba neutronów wzrasta 10<Sup>22</sup> razy. Sytuacja k>1 ma miejsce w bombie atomowej. Jeśli mamy masę krytyczną, wtedy jest to stan krytyczny k=1. Napiszmy stałą k {{LinkWzór|7.7}} zależną od neutronów powstających N<sub>powst</sub> i uciekających N<sub>uc</sub>, bo neutrony mogą uciekać z objętości zajmowanej przez reakcję łańcuchową, wtedy:
{{IndexWzórCentrujWzór|<math>k=k_{\infty}{{N_{powst}-N_{uc}}\over{N_{powst}}}=k_{\infty}\left(1-{{N_{uc}}\over{N_{powst}}}\right)\;</MATH>|7.10}}
Stała k<sub>&infin;</sub> jest zależna od definicji stałej k {{LinkWzór|7.7}} i stosunek liczby neutronów uciekających do powstających są równe:
{{ElastycznyWiersz|1={{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>k_{\infty}=\nu{{\sigma_f}\over{\sigma_{wychw}}}\;</MATH>|7.11}}|2={{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>{{N_{uc}}\over{N_{powst}}}\sim{{S}\over{V}}\;</MATH>|7.12}}}}
Widzimy, że k<sub>&infin;</sub> jest zależna od stosunku przekroju czynnego na rozszczepienie &sigma;<sub>f</sub> i przekroju czynnego na wychwyt neutronów i jest zależna od liczby neutronów &nu; powstających w wyniku reakcji łańcuchowej. Czym większy jest stosunek liczby neutronów uciekających do neutronów powstających, to im większy jest stosunek powierzchni czynnej masy (podkrytycznej, krytycznej lub nadkrytycznej) do objętości tejże masy, to czym mniejsza jest liczba "k". W przypadku czystego <sup>238</sup>U mamy k<sub>&infin;</sub><1, bo gdyż {{Formuła|<MATH>{{\sigma_f}\over{\sigma_{wychw}}}\simeq 0,25\;</MATH>}} oraz &nu;&asymp;2,5, więc dla tego przypadku nie można zrealizować masy krytycznej. Dla <sup>235</sup>U dla neutronów termicznych mamy {{Formuła|<MATH>{{\sigma_f}\over{\sigma_{wychw}}}\simeq{{580b}\over{690b}}\simeq 0,854\;</MATH>}} i &nu;&asymp;2,5, więc {{linkWzór|7.11}} k<SUB>&infin;</sub>>1. Podobnie można uzyskać k<sub>&infin;</sub>&ge;2 dla <sup>233</sup>U i dla <sup>239</sup>Pu. Masa krytyczna zależy od {{Formuła|<MATH>{{S}\over{V}}\;</MATH>}} i od reflektora neutronów (jest to warstwa materiału o właściwościach odbijających uciekających neutronów z powrotem do rdzenia reaktora). Stan krytyczny można uzyskać na uranie naturalnym stosując moderator D<sub>2</sub>0 w reaktorach jądrowych. W reaktorach jądrowych stosuje się paliwo wzbogacone w <sup>235</sup>U (<sup>233</sup>U lub <sup>239</sup>Pu). w bombach jądrowych najczęściej stosuje się czysty <sup>235</sup>U lub <sup>239</SUP>Pu dla zmniejszenia jego rozmiarów.
 
==Reaktory jądrowe==
{{IndexGrafikaRysunek|Wwer-1000-scheme.png|7.2|Schemat rosyjskiego reaktora typu WWER-1000. 1 - pręty sterujące; 2 - osłona reaktora; 3 - obudowa reaktora; 4 - wlot i wylot wody; 5 - powłoka; 6 - obszar aktywny reaktora; 7 - pręty paliwowe}}
{{IndexGrafikaRysunek|Nuclear power plant-pressurized water reactor-PWR.png|7.3|Schemat elektrowni z reaktorem wodnym ciśnieniowym. 1. Blok reaktora 2. Komin chłodzący 3. Reaktor 4. Pręty kontrolne 5. Zbiornik wyrównawczy ciśnienia 6. Generator pary 7. Zbiornik paliwa 8. Turbina 9. Prądnica 10. Transformator 11. Skraplacz 12. Stan gazowy 13. Stan ciekły 14. Powietrze 15. Wilgotne powietrze 16. Rzeka 17. Układ chłodzenia 18. I obieg 19. II obieg 20. Para wodna 21. Pompa}}
{{IndexGrafikaRysunek|PressurizedWaterReactor.gif|7.4}}
{{IndexGrafikaRysunek|Crocus-p1020491.jpg|7.5|Rdzeń reaktora jądrowego}}
Urządzenia, w których przeprowadza się ze stałą prędkością reakcje rozszczepienia jądrowego.
Reakcje rozszczepienia mają zwykle przebieg lawinowy, tzn. jedna reakcja może zapoczątkować kilka następnych reakcji. W celu kontroli ile reakcji zapoczątkować ma reakcja łańcuchowa wprowadza się substancje pochłaniające neutrony, są to przede wszystkim bar i kadm. Substancje te są umieszczone w prętach regulacyjnych. Modelator wprowadza się w celu zmniejszania prędkości neutronów w wynika zderzenia neutronów z cząstkami modelatora.
Linia 52:
*neutrony termiczne, których modelatorem jest H<sub>2</sub>, D<sub>2</sub>O i grafit.
*neutrony szybkie a reaktory o nie oparte są reaktorami powielającymi, paliwem jest <sup>238</sup>U lub <sup>232</sup>Th wzbogacony o <sup>235</sup>U, <sup>233</sup>U lub<Sup>239</sup>Pu, reaktory o nie oparte są bez modelatora. Reakcje oparte na uranie <sup>238</sup>U są:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>{}^{238}U(n,\gamma)\rightarrow {}^{239}U\xrightarrow{\beta^-}{}^{239}Np\xrightarrow{\beta^-}{}^{239}Pu(f,n)\;</math>|7.13|Obramuj}}
Reakcje oparte na torze <sup>232</sup>Th są:
{{indexWzórCentrujWzór|<MATH>{}^{232}Th(n,\gamma)\rightarrow{}^{233}Th\xrightarrow{\beta^-}{}^{233}Pa\xrightarrow{\beta^-}{}^{233}U(f,n)\;</MATH>|7.14|Obramuj}}
Energia uzyskana z 1g <sup>239</sup>U jest równa energii uzyskanej z 2,7 t <sup>12</sup>C.
 
Linia 171:
|}
</center>
{{IndexGrafikaRysunek|Pulstar2.jpg|7.6|Reaktor badawczy PULSAR, o mocy 1MW}}
===Wodny reaktor ciśnieniowy===
Reaktor wodny ciśnieniowy {{LinkGrafika|7.2}} jest inaczej zwany PWR od ang. Pressurized Water Reactor. Jest to reaktor jądrowy w którym modelatorem (zmniejszającej prędkość neutronów) jest zwykła lekka woda pod zastosowanym ciśnieniem 15MPa. Woda spełnia też rolę czynnika chłodzącego reaktor, który jest chłodziwem rdzenia reaktora. Produkowana wodę gorącą jest przez reaktor PWR , która później idzie do wytwornicy pary (WP), która oddaje wodzie ciepło pod niższym ciśnieniem, która zamienia się w parę wodną o temperaturę 275<sup>o</sup>C i o ciśnieniu 6MPa. Dwa czynniki robocze stosuje się w tym reaktorze, która zmniejsza ryzyko wycieku do otoczenia substancji radioaktywnych.
Linia 177:
 
===Реактор Большой Мощности Канальный (Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj, Reaktor Kanałowy Wielkiej Mocy) (RBMK)===
{{IndexGrafikaRysunek|RBMK reactor schematic pl.svg|7.7|Schemat reaktora RBMK}}
{{IndexGrafikaRysunek|RBMK German.PNG|7.9|Powiększenie struktur reaktora}}
{{IndexGrafikaRysunek|RBMK reactor from Ignalina ArM.jpg|7.10|Powierzchnia reaktora w Ignalinie pozbawiona głowic elementów paliwowych}}
Reaktor w którym modelatorem jest grafit, chłodziwem jest wrząca woda. Użycie modelatora grafitowego teoretycznie umożliwia użycie naturalnego uranu. Jest to jedna z najbardziej ekonomicznych konstrukcja reaktora, ale bardziej podatny na różnego rodzaju awarie, co było główną przyczyną awarii reaktora w Czarnobylu.
{| class="wikitable" style="font-size:85%;"
Linia 233:
 
==Bomba jądrowa==
{{IndexGrafikaRysunek|Fission bomb assembly methods-PL.svg|7.11|Schemat dwóch metod detonowania ładunku jądrowego}}
Bomba jądrowa czerpie energię z ciężkich jąder atomowych (uranu lub plutonu) w wyniku reakcji rozszczepienia pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające jądra emitują neutrony zapoczątkowując inne rozszczepienia wywołując reakcję łańcuchową. Zasadą działania bomby jądrowej jest przekroczenie w najkrótszym czasie masy krytycznej ładunku jądrowego. Uzyskanie tego jest możliwe na dwa sposoby; poprzez zbliżenie kilku porcji materiału rozszczepialnego lub zapadnięcie materiału uformowanego w powłokę. Musi odbyć się to tak szybko by reakcja łańcuchowa nie została przerwana w wyniku rozproszenia materiałów rozszczepialnych energią rozszczepienia, dlatego używa się do tego celu ładunku konwencjonalnego, wtedy reakcja łańcuchowa dostarcza ogromną ilość energii. Wysoka temperatura i wysoka energia powodują szybki rozproszenie się materiału rozszczepialnego i przerwanie reakcji jądrowej. Jako ładunku nuklearnego używa się materiału rozszczepialnego uran-235 lub plutonu-239. Z jednego kilograma U-235 można uzyskać do 82TJ energii. Typowy czas trwania reakcji łańcuchowej jest 1&mu;s, stąd moc wynosi 82 EW/kg.
 
Linia 240:
===Ogólny opis reakcji syntezy===
Są to reakcje jądrowe łączenia się dwóch jąder w jedno jądro cięższe i emitowania jednej lub kilku cząstek takich jak: n,p,&gamma;,&alpha;:
{{IndexWzórCentrujWzór|<math>{}^{A_1}X_1+{}^{A_2}X_2\rightarrow {}^AY+b\;</MATH>|7.15}}
W reakcjach przeprowadzonych w laboratoriach, by taka reakcja zaszła, energia cząstki zderzającej musi być taka by przekroczyła energię bariery kulombowskiej:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>E_{X_1}^{kin}>E_{b. kul}\;</MATH>|7.16}}
Wielkość bariery kulombowskiej dla jądra {{Formuła|<MATH>{}^A_ZX\;</MaTH>}} można oszacować dla protonu wykorzystując wzór na promień jądra atomowego {{linkWzór|1.25|Wstęp_do_fizyki_jądra_atomowego/Nukleony_a_budowa_jądra_atomowego}} według modelu kroplowego:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>E^{kin}_{b.kul}={{e^2Z}\over{4\pi\epsilon_0R}}={{e^2Z}\over{4\pi\epsilon_0r_0\sqrt[3]{A}}}={{e^2}\over{4\pi\epsilon_0 r_0}}{{Z}\over{\sqrt[3]{A}}}\;</MATH>|7.17}}
W przypadku lżejszych atomów wartość energii protonu wynosi około 1 MeV. A więc aby zrealizować reakcję syntezy należy zrealizować tak by energia nie przekraczała kilku MeV na jeden nukleon.
{{indexGrafikaRysunek|Synthesis of heavy nuclei and fission of heavy nuclei.svg|7.12|Synteza jąder lekkich i rozszczepienie ciężkich jąder atomowych}}
Przy syntezie ciężkich jąder zawsze powstaje jądro atomowe zawsze bardziej stabilne niż jądra zderzające. Reakcje syntezy są zawsze egzoenergetyczne i wydziela się w nim ciepło reakcji:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>Q_S=[M_j(X_1)+M_j(X_2)]-[M_j(Y)+m_b]\;</MATH>|7.18}}
Do wzoru {{linkWzór|7.18}} wykorzystujemy wzór M<sub>j</sub>(A,Z)=Zm<sub>p</sub>+Nm<sub>n</sub>-B(A,Z) i wykorzystując B(A,Z)=AE<sub>A</sub>, dostajemy natychmiast:
{{indexWzórCentrujWzór|<math>Q_S=A(\mathcal{E}-\mathcal{E}_{1,2})\mbox{ gdzie: } \mathcal{E}_{12}={{\mathcal{E}_1A_1+\mathcal{E}_2A_2}\over{A_1+A_2}}\;</MATH>|7.19}}
Które przy syntezie jąder lekkich przy wznoszącej się krzywej E(A) zawsze ciepło reakcji Q<sub>S</sub> jest większe niż zero. Syntezy jąder lekkich nie zachodzą w przyrodzie z powodu barier potencjału. Energia jąder lekkich jest w przedziale od 1,5 do 2,2 MeV, co po przeliczeniu na jeden nukleon produktu reakcji daje nam od 0,8 do 3,5 MeV. Dla jądra uranu daje nam 0,8MeV/nukleon (Q<sub>f</sub>=195MeV, co daje nam Q<sub>f</sub>/A=0,8MeV/nukleon, czyli mniej niż dla jąder lekkich.
*Metodą syntezy ciężkich jąder (jądro HI jest o energii kilku MeV na nukleon) uzyskuje się jądra superciężkie, które zachodzą według schematu:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>HI+HN\rightarrow SHN+\nu n\;</MATH>|7.20}}
gdzie HI -to jest superciężki jon wielokrotnie zjonizowany, HN -to ciężkie jądro, SHN -to superciężkie jądro, w wyniku reakcji wydziela się &nu; nukleonów równej od 1 do 3. Jądro pocisku i tarczy są tak dobrane by powstałe jądro nie ulegało natychmiastowemu rozszczepieniu z czasem średnim &tau;=10<sup>-22</sup>s. Przekrój czynny na reakcje syntezy jest rzędu nanobarnów, a więc jest niezwykle bardzo mały, np. dla reakcji:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>{}^{48}Ca+{}^{238}U\rightarrow{}^{283}112+3n\;</MATH>|7.21}}
dla której przekrój czynny na reakcje syntezy jest &sigma;=5 nb. Pamiętajmy, że jądra superciężkie są niestabilne ze względu na rozpad &alpha; i spontaniczne rozszczepienie.
====Wybrane reakcje syntezy====
Linia 317:
===Reakcje termosyntezy===
Są to reakcje syntezy zachodzące samoczynnie w układzie o bardzo dużej gęstości, złożone z lekkich jąder ogrzanych do bardzo wysokiej temperatury. Zderzenie jąder jest wynikiem jej ruchu termicznego. Średnia temperatura w ruchu we wnętrzu gwiazd jest około T&asymp;10<sup>8</SUP>K (k<SUB>bm</SUB>t&asymp;8keV). Na przekroczenie bariery kulombowskiej w atomie wodoru wymagana jest średnia energia równa 700keV. W reakcji przekroczenie bariery kulombowskiej może zachodzić przy mniejszej energii niż ostatnio podaną w wyniku przejść tunelowych. Prawdopodobieństwo takich przejść jest bardzo małe i silnie zależy od energii cząstki bombardującej i wysokości bariery potencjału, a więc od iloczynu Z<sub>a</sub>&sdot;Z<sub>X</sub>. Natężenie reakcji termosyntezy zależy i silnie wzrasta od temperatury i gęstości materii jądrowej. Po przekroczeniu określonej temperatury staje się reakcją syntezy samopodtrzymującą i stale wydziela się energia o określonej mocy lub lawinowy jej wzrost, w którym następuje wybuch (bomba termojądrowa). Pierwsza sytuacja powiedziana jest w gwiazdach, gdzie spala się wodór w temperaturze od 15 do 18 pomnożone przez 10<Sup>6</sup>K i gęstości 100g/cm<sup>3</sup> w cyklu p-n i CNO. Każda z tych cykli ma gałąź główną i dwa poboczne. Końcowym produktem tej reakcji jest <sup>4</sup>He w cyklu p-n i <sup>4</sup>He+<sup>12</sup>C w cyklu CNO. Przedstawmy cykl p-p, który daje 95% energii na Słońcu.
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>\begin{matrix}{}^1H+{}^1H\rightarrow {}^2H+e^++\nu_e\\{}^2H+{}^1H\rightarrow {}^3He+\gamma\\{}^3He+{}^3He\rightarrow {}^4He+2{}^1H\end{matrix}\;</MATH><BR>{{Tekst|co w sumie daje nam}}<br><MATH>4{}^1H\rightarrow{}^4He+2e^++2\nu_e+2\gamma\;</math>|7.22}}
A także podamy gałąź główną CNO, który daje nam kilka procent energii na słońcu. W gwiazdach masywnych w cyklu CNO wytwarza się więcej energii niż w cyklu p-p, bo tam jest wyższa temperatura i gęstość:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>\begin{matrix}{}^{12}C+{}^1H\rightarrow {13}N+\gamma\\{}^{13}N\rightarrow{}^{13}C+e^++\nu_e\\{}^{13}C+{}^1H\rightarrow{}^{14}N+\gamma\\{}^{14}N+{}^1H\rightarrow{}^{15}O+\gamma\\{}^{15}O\rightarrow{}^{15}N+e^++\nu_e\\{}^{15}N+{}^1H\rightarrow{}^{12}C+{}^4He\end{matrix}\;</math>|7.23}}
Po wypaleniu się wodoru w gwieździe maleje jego ciśnienie w jej wnętrzu. Wtedy to powoduje kontrakcja Słońca w wyniku zapadania się grawitacyjnego, co powoduje wzrost jego temperatury w jego wnętrzu do ok. 10<sup>8</sup>K i gęstości 10<Sup>5</sup>g/cm<sup>3</sup>. W tych warunkach następuje termosynteza jąder <sup>4</sup>He, a następnie <sup>12</sup>C,<sup>16</sup>O i Si. Trwają prace nad stworzeniem reaktora termojądrowego od 50lat, który by wykorzystywał reakcje syntezy w lekkich jądrach. Najbardziej obiecujące są reakcje deuteru lub trytu w jądrach helu-3 lub helu-4. Posiada ono najniższą z możliwych barier kulombowskiej i stosunkowo mały przekrój czynny na reakcje syntezy, tzn.
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>\begin{matrix}
{}^2H+{}^2H\rightarrow{}^3He+n&Q_S=3,3\mbox{MeV}\\
{}^2H+{}^2H\rightarrow{}^3H+p&Q_S=4,4\mbox{MeV}\\
Linia 333:
 
==Bomba termojądrowa==
{{IndexGrafikaRysunek|Teller-ulam-multilang.png|7.13|Schemat budowy ładunku termojądrowego
A - Faza rozszczepienia (ładunek główny)
B - Faza fuzji (ładunek dodatkowy)
Linia 346:
9 - Osłona odbijająca promieniowanie X w kierunku ładunku dodatkowego}}
W bombie termojądrowej występują reakcje syntezy lekkich atomów pierwiastków w wyniku czemu powstają ciężkie atomy pierwiastków o większej energii wiązania. Warunkiem koniecznym uzyskania syntezy jąder jest wysoka temperatura i wysoka gęstość cząstek reagujących. Mając na uwadze, że wybuch rozrzuca materiały reagujące powinno stosować się materiały reagujące w jak najniższej temperaturze. Pierwsze bomby termojądrowe były zbudowane w oparciu o deuter i tryt, w której nie jest on zbyt trwały, a czas jego połowicznego zaniku jest 12,26 lat, więc tak powstałej bomby nie należy zbytnio przechowywać. Rozwiązaniem tego problemu jest wytwarzanie trytu podczas wybuchu. Tryt jest otrzymywany z litu podczas bombardowania jego jąder neutronami powstałych z rozszczepienia ładunku inicjującego, którym jest uranowo-plutonowa bomba jądrowa o stosunkowo niewielkiej mocy. Zastosowanie deuteru i trytu w postaci związków w stanie stałym bez udziału chłodzenia znacznie upraszcza konstrukcję. Reakcje zachodzące podczas wybuchu bomby jądrowej są:
{{IndexWzórCentrujWzór|<MATH>
\begin{matrix}
{}^6Li+n\rightarrow {}^4He+{}^3T+\mbox{4,18MeV}\\
Linia 355:
</MATH>|17.25}}
Zasadniczo mają najważniejszy wpływ dwie pierwsze reakcje {{LinkWzór|17.25}}, które tworzą samopodtrzymujący się cykl. Pierwsza dostarcza tryt do drugiej reakcji, a druga reakcja neutronów do pierwszej.
<noinclude>{{kreskaKreska nawigacja|{{AktualnaKsiążka}}|{{NastępnyArtykuł}}|{{PoprzedniArtykuł}}}}</noinclude><noinclude>{{SkomplikowanaStronaKoniec}}</noinclude>