Безнейтронный синтез 3: Экзотический синтез – это синтез, который, насколько нам известно, встречается в природе нечасто…
Давайте рассмотрим некоторые из них… после краткого обзора обычного синтеза…
Во всех звёздах при их образовании водород является основным химическим компонентом…
По мере сжатия облака гравитационная энергия создаёт экстремальное давление и высокую температуру в ядре звезды… это позволяет начаться термоядерному синтезу водорода.
Атом водорода без электрона – это протон… По мере повышения температуры в ядре электроны отделяются от атомов, образуя плазму…
И простой атом водорода становится просто протоном…
Два протона сливаются в водородном синтезе, образуя дипротон. В дипротоне один из протонов распадается на нейтрон, испуская электрон в процессе, опосредованном слабым ядерным взаимодействием, известном как бета-распад… в результате образуется дейтерий. По мере накопления дейтерия один из протонов будет сливаться с другим протоном, образуя гелий-3. Гелий-3 может сливаться с дейтерием, и иногда это происходит с образованием гелия-4 и выделением дополнительного нейтрона…
Но обычно атомы гелия-3 сливаются друг с другом, выделяя гелий-4 и два высокоскоростных протона… которые могут вернуться и слиться с другими протонами, образуя дипротоны, и цикл начинается снова.
…..Именно это происходит на Солнце и всех звёздах главной последовательности в начале их жизни.
Вспомните термоядерный синтез с дейтерием и тритием… это один из самых простых в реализации типов термоядерного синтеза, и термоядерные реакторы, разрабатываемые по всей Земле… включая гигантский ИТЭР… используют это топливо и производят нейтронное излучение в качестве побочного продукта. Эти высокоскоростные нейтроны повреждают реактор и со временем делают его радиоактивным. Но если мы возьмём дейтерий в лаборатории и соединим его с гелием-3 в термоядерном реакторе, реакция будет безнейтронной, и мы сможем получить 18,3 МэВ энергии от одного высокоскоростного протона за реакцию… в результате получится гелий-4. На Земле это дешевле, поскольку гелий-3 очень дорогой, а дейтерий — нет.
Мы также можем синтезировать гелий-3 сам с собой в термоядерном реакторе, образуя гелий-4 и два высокоскоростных протона, выделяя 12,86 МэВ энергии.
Поскольку мы получаем больше энергии из реакции синтеза дейтерия и гелия-3, а дейтерий будет дешёвым на Земле и Луне, эта реакция в большинстве случаев будет более экономичной, пока гелий-3 не подешевеет.
Но есть ещё больше вариантов… оказывается, что три изотопа распространённых элементов… литий-6, бор-11 и азот-15 могут быть использованы в реакциях синтеза с протонами (то есть обычным водородом), и эта реакция также безнейтронная. Литий — третий по лёгкости элемент после водорода и гелия... он распространён на Земле и в космосе. Около 7,5% природного лития — это изотоп лития-6, остальное — изотоп лития-7, оба из которых могут быть использованы для термоядерного синтеза... хотя литий-6 производит всего 4 МэВ энергии... литий-7 выделяет гораздо больше энергии при 17,2 МэВ.
Хотя все реакции термоядерного синтеза выделяют фотоны, генерирующие тепло, в реакциях термоядерного синтеза, где не образуются высокоскоростные протоны, почти вся выделяющаяся энергия находится в форме фотонов... эти фотоны часто представляют собой рентгеновские лучи и должны быть собраны слоями металла для получения энергии... без высокоскоростных протонов или других заряженных частиц для производства электроэнергии мы возвращаемся к котлам и турбинам или другим методам. Но гелий-3, полученный в результате термоядерного синтеза лития-6 с протонами, может затем быть синтезирован с дейтерием, выделяя ещё больше энергии. 18,3 МэВ. Однако оказывается, что синтез лития-6 с дейтерием вместо протона даёт наибольшую энергию среди практически любых реакций синтеза… 22,4 МэВ. Мы также можем добавить бор-11 к протонам и получить термоядерный синтез... сейчас бор встречается реже... он образуется только при столкновении галактического излучения с другими атомами или при взрыве сверхновых... он не является продуктом обычного термоядерного синтеза звёзд... но на Земле его довольно много, и он не очень дорогой...
Слияние бора-11 с протоном даёт всего 8,3 МэВ, и в результате реакции получится 3 атома гелия-4... Бор найти не так-то просто, поэтому я не думаю, что это будет популярно...
Будущее Титана... Наконец, азот-15 — это редкий изотоп азота, который обычно является изотопом-14... только 0,4% азота составляет азот-15... но азота много на Земле и в Солнечной системе... синтез азота-15 с протоном даёт углерод-12 и гелий-4. На Титане много азота, и эта реакция может стать хорошим источником энергии. Полученный гелий можно использовать для создания кораблей легче атмосферы, которые были бы очень эффективны в условиях низкой гравитации и высокого давления атмосферы Титана...
Источник: NASA, SpaceX, MIT, Asgardia, Blue Origin, Science Direct и Bloomberg
Информация по комментариям в разработке