termobranduolinė sintezė

termobranduolnė siñtezė, lengvųjų atomų branduolių jungimasis į sunkesnius, kurio metu išsiskiria termobranduolinė energija. Termobranduolinė sintezė vyksta, kai medžiaga yra plazmos būsenos ir labai aukštos temperatūros. Savaiminė termobranduolinė sintezė prasideda tada, kai įkaitusioje plazmoje, išsiskirianti termobranduolinė energija lygi išspinduliuojamai energijai. Svarbiausias žvaigždžių energijos šaltinis. Dirbtinė nevaldoma termobranduolinė sintezė pirmą kartą sukelta Jungtinėse Amerikos Valstijose termobranduolinėje bomboje 1952. Valdomosios termobranduolinės sintezės įrenginys energiškai naudingai veikia labai tankioje ilgai egzistuojančioje plazmoje. Tai išreiškia sąlyga nτ > f(T); čia n – plazmos vienetinio tūrio branduolių skaičius, τ – plazmos egzistavimo trukmė, f(T) – temperatūros T funkcija, priklausanti nuo termobranduolinio kuro sudėties ir termobranduolinės energijos vertimo kitos rūšies energija, pvz., elektros energija. Aukštos temperatūros plazmai sukurti ir palaikyti dažniausiai naudojama magnetinis izoliavimas ir inercinis izoliavimas. Taikant magnetinį izoliavimą termobranduolinės sintezės reakcijai išlaikyti (plazmą izoliuoti nuo įrenginio sienelių) plazmos dalelės nukreipiamos labai stipriu magnetiniu lauku (toro formos magnetine gaudykle, pvz., tokamake, stelaratoriuje). Taikant inercinį izoliavimą panaudojama plazmos dalelių inercija. Šiam metodui dažniausiai naudojami galingi lazeriai, kuriais mažas kuro kiekis labai sparčiai ir tolygiai įkaitinamas ir įvyksta sintezė. Pvz., mažame tūryje (apie 10^–3 cm³) sukūrus labai tankią plazmą gaunami labai trumpi (apie 10^–9 s) termobranduoliniai mikrosprogimai. Magnetinės plazmos izoliavimo metodu grindžiami įrenginiai, skirti valdomosioms termobranduolinės sintezės sąlygoms sudaryti, pradėti kurti 20 a. 6 dešimtmečio pradžioje. Tokių įrenginių pastatyta Prancūzijoje, Vokietijoje, Jungtinėse Amerikos Valstijose, Didžiojoje Britanijoje, Kinijoje, Japonijoje ir kitose šalyse. JET (angl. Joint European Torus) įrenginyje (Didžioji Britanija) 1997 pasiekta 16,1 MW termobranduolinės sintezės galia ir pagaminta 14 MJ termobranduolinės sintezės energijos. Siekiant suvaldyti termobranduolinę sintezę nuo 1985 vykdomas tarptautinis ITER (angl. International Termonuclear Experimental Reactor) projektas. ITER įrenginyje bus tiriamos plazmos savybės sąlygomis, kurios turėtų būti elektrą generuojančioje termobranduolinės sintezės jėgainėje. Nuo 2007 Lietuvos energetikos bei Vilniaus universiteto Teorinės fizikos ir astronomijos instituto mokslininkai t. p. prisideda prie ITER programos ir įrenginio kūrimo. Inerciniu metodu pagrįsti eksperimentiniai termobranduolinės sintezės įrenginiai pradėti konstruoti nuo 1960 Jungtinėse Amerikos Valstijose. Šių įrenginių plėtra prasidėjo atsiradus labai galingiems lazeriams. Inercinis termobranduolinės sintezės metodas pirmą kartą pademonstruotas 2001 Osakos universitete. 1997–2009 Jungtinėse Amerikos Valstijose pastatytas ir paleistas inercinės termobranduolinės sintezės tyrimo kompleksas NIF (angl. The National Ignition Facility). 2006 pradėtas HiPER (angl. High Power laser Energy Research) projektas, kurį įvykdžius numatoma pagaminti tiek termobranduolinės sintezės energijos, kiek elektros energijos bus sunaudota termobranduolinei sintezei sukurti. Jį kuriant dalyvauja 35 organizacijos iš 15 pasaulio šalių.

1238