Boshqariladigan termoyadro sintezi

Boshqariladigan termoyadro sintezi (BTS) — yengil atom yadrolarining qoʻshilish, birikish, yaʼni sintez jarayoni. Bunda termoyadro energiyasi ajralib chiqadi. Masalan, deyteriyning ikki yadrosi qoʻshilganda reaksiya ikki yoʻnalishda borishi mumkin:N2+N2>Ne3+p, Ikkala reaksiyaning boʻlishi ehtimoli taxminan birday. Birinchi reaksiyada har bir sintez (qoʻshilish, birikish)da 3,25 MeV, ikkinchisida esa 4 MeV energiya ajraladi. Elementlar davriy tizimining boshida joylashgan yengil elementlar yadrolarining birikish reaksiyasidan energiya olishning yangi manbai sifatida foydalanish masalasi alohida qiziqish tugʻdiradi, chunki yer yuzida yengil elementlarning zaxiralari bitmastuganmasdir. Bu reaksiyaning boshlanishi uchun moddalarni tabiiy sharoitda olish mumkin boʻlgan issiqlikdan juda koʻp marta yuqori trada qizdirish kerak. Biroq termoyadro reaksiyasini boshqara bilish — bu hali termoyadro energetikasini qurish muammosining hal etilishi emas. Bu muammoni hal qilish uchun qizdirishga sarf boʻladigan energiya termoyadro reaksiyasi ketayotganda ajralib chiqadigan energiyadan kam boʻlishi va oʻz-oʻzidan davom etuvchi termoyadro jarayoni vujudga kelishi zarur. Qoʻshilish, birikish (sintez) jarayoni roʻy berishi uchun 2 yengil yadroni shu yadrolar oʻrtasida tortishish kuchlari taʼsir etadigan darajada yaqinlashtirish kerak. Shundagina bu yadrolar bitta boʻlib qoʻshilishi mumkin. Maʼlumki, yadro kuchlari 1013 sm chamasi masofada taʼsir eta oladi. Demak, qoʻshilish reaksiyasiga kirishuvchi yadrolarni shunday masofaga qadar yaqinlashtirish kerak. Lekin bunday masofada yadrolar oʻrtasida nihoyat darajada katta Kulon itarishish kuchlari — yadrolar orasidagi masofa kvadratiga teskari mutanosib elektr kuchlar taʼsir etadi. Bu kuchlarni yengish uchun reaksiyaga kirishuvchi yadrolar katta (oʻnlarcha keV) kinetik energiyaga ega boʻlishi kerak. Shuning uchun, yuzaki qaraganda, yadro reaksiyalarini zaryadlangan zarralar yordamida davom egtirish mumkin emasdek koʻrinadi.

Sistemada temperatura juda yuqori boʻlganda modda (deyteriy)ning koʻpgina atomlari batamom ionlashgan, yaʼni elektron qobiqlari batamom yoʻqolgan, goʻyoki ikki xil gaz — erkin elektronlar va deyteriy yadrolaridan iborat gaz aralashmasiga aylanadi. Moddaning bunday holati plazma deyiladi. Agar deyteriy yadrolari ichida kinetik energiyasi bir necha oʻn keV boʻlgan yadrolar yetarli boʻlsa, bunday yadrolar toʻqnashuvi natijasida qoʻshilish reaksiyasi roʻy beradi deyish mumkin. Umuman aytganda, moddani plazma holatiga oʻtkazish uchun u bir necha yuz mln. gradusga qadar qizishi kerak. Shunday trada qoʻshilish reaksiyasining dastlabki alomatlari pay do boʻla boshlaydi. Bu reaksiyalarning termoyadro sintezi (yadro — issiqlik) reaksiyalari nomi bilan atalishining sababi ham shunda. Termoyadro reaksiyalari energetik jihatdan foydali boʻlishi uchun plazma temperaturasi oʻta yuqori boʻlishi kerak. Quyosh va yulduzlar ichki sohalarining temperaturasi shunday yuqori boʻlib, ularda koʻp mlrd. yillardan beri jadal (intensiv) ravishda termoyadro reaksiyalari davom etmoqda. Shunday qilib, termoyadro reaksiyasida ajralib chiquvchi yadro energiyasidan foydalanish uchun yerda quyosh modeliga oʻxshash qurilma vujudga keltirish kerak boʻladi.

Turli mamlakatlarda sunʼiy yoʻl bilan olingan plazmaning temperaturasi 100—150 mln. gradus atrofida. Biroq bu temperatura oʻz-oʻzidan davom etuvchi turgʻun termoyadro jarayonlari uchun kamlik qiladi. Uzluksiz sintez reaksiyasi ketishi uchun sintez qilinuvchi moddalar plazma temperaturasida yetarlicha uzoq vaqt ushlab turilgan va plazmaning hajmi oʻzgartirilmay saqlangan taqdirdagina juda koʻp yadro reaksiyada ishtirok etib, turgʻun yadro sintezi jarayoni vujudga keladi. Plazmaning zichligi yetarli boʻlmasa, yadro sintezi borayotganda energiya juda kam ajralib chiqadi, bunday reaksiya tajriba uchun befoyda boʻlib qoladi. Reaktorda magnit maydon hosil qilinadi, shu magnit maydon tufayli plazma reaktor devoriga tegib sovumaydi. Zaryadlangan zarralarni magnit maydonda ushlab turib, plazma atrofiga toʻplash mumkin, shunda plazmaning temperaturasi yana ham ortadi.

Dunyoda yadro sintezi bilan ishlaydigan bir necha tajriba qurilmalari mavjud. AQSH, Angliya, Fransiya, Germaniya, Yaponiya, Rossiya va boshqa mamlakatlarda olib borilayotgan ilmiy tadqiqot ishlarining koʻpchiligi termoyadro reaksiyalarini boshqarishni oʻrganishga qaratilgan. BTS xalq xoʻjaligining barcha tarmoqlarini uzoq davr mobaynida zarur miqdorda energiya bilan taʼminlab turish imkoniyatini beradi. Biroq BTSga energiya olishning eng soʻnggi manbai deb qarash xato, chunki fizika fani ixtiyorida boshqa baquvvatroq energiya i ham mavjud.

Shuni qayd qilish kerakki, tadqiqotchilarning Yerda sunʼiy yulduz moddalarini hosil qilish ustidagi koʻp yillik ilmiy tadqiqot ishlaridan hozircha arzigulik natija olinmagan, biroq har bir yangi amaliy yoki nazariy natija BTSni amalga oshirish kunini yaqinlashtiradi.

 
 OʻzME. Birinchi jild. Toshkent, 2000-yil