Синтез гелия

Модель демонстрирует ядерные реакции, сопровождающиеся образованием гелия. Приводятся варианты реакции синтеза гелия в ходе углеродного и водородного циклов. Большинство реакций протекает в несколько этапов. Формула проходящего в данный момент этапа выделяется в нижнем окне красным цветом.

Реакции слияния легких ядер носят название термоядерных реакций, так как они могут протекать только при очень высоких температурах. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизиться на расстояние действия ядерных сил порядка 2∙10–15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка 108–109 K. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.

Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер. Так, например, в реакции слияния ядер дейтерия и трития:

выделяется 3,5 МэВ/нуклон. В целом в этой реакции выделяется 17,6 МэВ.

Термоядерные реакции играют чрезвычайно важную роль в эволюции Вселенной. Ядерные реакции, сопровождающиеся образованием гелия, протекают в ядрах горячих звезд, в том числе в солнечном ядре. В зависимости от исходных продуктов реакции синтеза гелия разделяются на реакции водородного цикла, которые могут протекать по-разному при различных температурах, и реакции углеродного цикла. Среди конечных продуктов каждого цикла имеются альфа-частицы – ядра атома 4He.

Пользователь может выбрать процесс (углеродный или водородный цикл) при помощи соответствующего переключателя. В нижнем информационном окне показаны формулы реакции. Кнопка Стоп приостанавливает анимацию, а кнопка Сброс возвращает модель в исходное состояние.

Протоны условно изображены большими красными шариками, нейтроны – серыми, электроны и позитроны – маленькими синими и красными, электронные нейтрино – белыми, гамма-кванты – желтыми.

Большинство реакций протекает в несколько этапов. Формула проходящего в данный момент этапа выделяется в нижнем окне красным цветом.