Номер 8, страница 168 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

8. Какие реакции называют термоядерными?

8. Термоядерными реакциями, или реакциями ядерного синтеза, называют реакции слияния легких атомных ядер в более тяжелые, которые происходят при чрезвычайно высоких температурах (порядка десятков и сотен миллионов кельвинов) и давлениях.

Название "термоядерные" отражает ключевые условия и природу этих процессов:

Термо (от греческого θερμός — «теплый», «горячий») — указывает на то, что для сближения положительно заряженных ядер на расстояние, где начинают действовать мощные, но короткодействующие ядерные силы, необходимо преодолеть их электростатическое (кулоновское) отталкивание. Это становится возможным благодаря огромной кинетической энергии теплового движения частиц, которая достигается только при сверхвысоких температурах. В таких условиях вещество находится в состоянии плазмы — полностью или частично ионизированного газа.

Ядерные — указывает на то, что в процессе реакции происходят изменения в самих атомных ядрах (изменяется их состав — число протонов и нейтронов), в отличие от химических реакций, где взаимодействуют только электронные оболочки атомов.

Главной особенностью термоядерных реакций является выделение колоссального количества энергии. Это происходит из-за явления, известного как дефект масс. Масса ядра, образовавшегося в результате синтеза, всегда немного меньше, чем сумма масс исходных ядер. Эта разница в массе, $\Delta m$, не исчезает, а преобразуется в энергию, $\Delta E$, в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна:

$E = \Delta m \cdot c^2$

где $\text{c}$ — скорость света в вакууме.

Термоядерные реакции — это естественный источник энергии звезд, включая наше Солнце. В его недрах непрерывно протекают реакции превращения водорода в гелий.

Примерами термоядерных реакций, которые ученые пытаются воспроизвести на Земле для получения энергии (управляемый термоядерный синтез), являются реакции с изотопами водорода — дейтерием ($\text{D}$ или $^2_1H$) и тритием ($\text{T}$ или $^3_1H$):

Реакция дейтерий-тритий (наиболее перспективная):
$^2_1H + ^3_1H \rightarrow ^4_2He + ^1_0n + 17,6 \text{ МэВ}$

Реакции дейтерий-дейтерий (протекают по двум каналам с примерно равной вероятностью):
$^2_1H + ^2_1H \rightarrow ^3_1H + ^1_1p + 4,03 \text{ МэВ}$
$^2_1H + ^2_1H \rightarrow ^3_2He + ^1_0n + 3,27 \text{ МэВ}$

Ответ: Термоядерные реакции — это реакции слияния легких атомных ядер в более тяжелые, протекающие при сверхвысоких температурах и давлениях и сопровождающиеся выделением огромного количества энергии за счет дефекта масс.