Термоядролук реакция

24-глава

Термоядролук реакция. Башкарылма термоядролук реакциялардын проблемалары. Чернобль кырсыгынын кесепеттери. Ядролук согуш коркунучуна каршы күрѳшүү

Термоядролук реакция. Жогорку температура кезинде ѳтүүчү атомдук ядролорду синтездѳѳ реакциясы термоядролук деп аталат. Термоядролук реак­ция жылдыздардын негизги энергетикалык булагы болуу менен ааламдын ѳнүгүшүндѳ зор роль ойнойт. Эки дейтондон гелийдин ядросу пайда болгондо 24 МэВ ге барабар энергия бөлүнѳт. Дейтондун массасын билүү менен бир килограмм дейтерийде 1,5·10²⁶ жуп кошулуучу ядролордун болорун оңой эле эсептеп чыгууга бо­лот. Бир килограмм дейтерийден гелий синтезделсе бѳлүнүп чыга турган энергия тѳмѳнкүгѳ барабар:

1,5·10²⁶·24 = 3,6·10²⁷ МэВ= 1,62·10⁸ кВт·c.

Мындай сандагы энергия 672 литр бензинди жакканда бөлүнүп чыкмак.

Термоядролук реакция тез жүрүү үчүн зарыл болгон температуранын чондугу кандай? Дейтондорду бириктириш үчүн аларды - 3·10ˉ¹³ см аралыкка дейре жакындатуу зарыл. Бул аралыктагы алардын ѳз ара аракеттенүү потенциалдык энергия­сы, б. а., аларды жакындатууга кеткен жумуш 7,7·10ˉ⁷ эрг =4,8·10⁵ эВ го барабар. Эгер бул жумуш кагылышуучу эки дейтон аркылуу аткарыла турган болсо, анда алардын ар бирине туура келүүчү кинетикалык энергия бул чоңдуктун жарымын түзүүсү керек:

1 ∕ 2∙• 4,8 • 10⁵ эВ =3 ∕ 2 кТ,

мындан Т≈2•10⁹ К (к = 1,38•10 ‾²⁹ Дж •К‾¹, 1 эВ= 1,6•10 ‾¹⁹ Дж).

Жылдыздын ички катмарында мындай температура анын курамындагы суутеги практика жүзүндѳ жок калган жетишерлик узакка созулган эволюциядан кийин пайда болот. Мындай учурда термоядролук реакциялар орточо жана оор элементтердин айланууларына байланыштуу болот.

Күндѳ болуучу термоядролук реакция ѳзгѳчѳ кызыгууну туудурат. Бүгүнкү күндѳгү маалыматтар боюнча Күндѳ суутеги жетишерлик ѳлчѳмдѳ, жок дегенде Күндүн массасынын жарымын түзѳт. Күндүн борбордук бѳлүгүндѳгү температура

1,2 • 10⁷≤Т_о≤1,5• 10⁷К,

чамасында. Мындай температурада бардык жеңил элементтер иондошкон болот. Демек, зат плазма түрүндѳ - протондор, электрондор, жеңил ядролор жана анча кѳп эмес сандагы орточо жана оор ядролордун кошулмаларынан турат.

Термоядролук реакция жасалма жол менен биринчи жолу Советтер Союзунда (азыркы Россияда) эң кубаттуу водороддук бомбаны жардыруу түрүндѳ иш жүзүнѳ ашырылган. Андан жарым жыл өткѳндѳн кийин ушул сыяктуу жардыруу АКШ да жүргүзүлгѳн. Водороддук бомбанын зарядынын милдетин суутегинин оор изотопторунун кошулмасы - дейтерий жана тритий аткарат. Реакциянын тез жана эффективдүү жүрүшүнѳ зарыл болгон жогорку температура, водороддук бомбанын ичине жардыргыч катары салынган бир же бир нече кадимки атомдук бомбанын жарылуусу аркылуу жетишилет. Бир водороддук бом­банын жарылуусунан бѳлүнүп чыккан энергия, ондогон миллион тонна кадимки жарылуучу заттардын жарылышында бөлүнгөн энергияга эквиваленттүү.

Азыркы кездеги болгон өзгѳчѳ кызыгуулар башкарылма термоядролук реакциянын эсебинен эл чарбасы үчүн керектүү болгон энергия алуунун мүмкүндүүлүгүндѳ.

Термоядролук реакцияны жасалма түрдѳ алуунун бир катар шарттары бар. Алардын биринчиси болуп, жок дегенде 350 мил­лион градустагы температурага жетишүү. Экинчиси ысык плазмадагы жогорку температуранын прибордун капталына ѳтпѳшүн камсыз кылуу. Мындай аракет жылуулуктун азайышын тѳмѳндѳтүү үчүн эле зарыл эмес, термоядролук реакция кезиндеги температурада бир да зат катуу абалын сактап кала албагандыгында. Бул кыйынчылыктан чыгуунун жолун Россиянын Илимдер Академиясынын академиктери А. Д. Сахаров (1921-1989) менен И.Е. Тамм (1895-1971) сунушташкан (1950-ж.). Алар прибордун бетин эң жогорку ысыктыктагы плазмадан изоляциялоо максатында магнит талаасын колдонушкан. Ушундай жол менен россиялык окумуштуулар биринчи жолу температураны миллион градустан ашырууга жетишишкен.

Плазмада жогорку температура ал аркылуу ѳтѳ чоң кубат­туулуктагы электр тогун жиберүү аркылуу алынат. Ток жүргѳндѳ плазма дээрлик толук иондоштурулуп, анда практика жүзүндѳ, нейтралдуу бѳлүкчѳлѳр калбай калат. Плазманы ысытуучу ток жүргѳн каналдын айланасында пайда болгон магнит талаасы, кадимки эле сызыктуу токтун айланасындагы магнит талаасынын түзүлүшүндѳй болот (73-сүрѳт). Плазманы түзүүчү заряддалган бѳлүкчѳлѳрдүн ток ѳтүп жат-

кан каналдан туш тарапка болгон кыймылдары магнит талаалары аркылуу кайра кайтарылып турат. Мына ушундай жол менен прибордун беттери плазманын ѳтѳ ысык бѳлүкчѳлѳрүнүн таасиринен корголот.

1. Термоядролук реакцияга түшүнүүк бергиле.

2. Термоядролук реакциянын жасалма турдѳ алынышы.

3. Термоядролук реакцияны жасалма түрдѳ алуунун кандай шарттары бар?

Башкарылма термоядролук реакциялардын проблемалары. Атомдун жеңил ядролорунун биригүүсү жогорку температура кезинде энергия бѳлүп чыгаруу менен башкарылма шарттарда жүрсѳ, анда мындай процесс башкарылма термоядролук реакция деп аталат. Оң заряддалган ядролордун ортолорундагы кулондук түртүлүүгѳ байланыштуу термоядролук реакция жай ылдамдыкта жүрѳт. Ушуга байланыштуу ядролордун синтездөлүү процесси оң заряды аз санда болгон жеңил ядролордун ортолорунда гана белгилүү интенсивдүүлүктѳ өтѳт. Ошондой эле бири бири менен кагылышуучу ядролордун кинетикалык энергиялары кулондук потенциалдык баръерди жеңүүгѳ жетиштүү болуусу үчүн жогорку температуранын болушу зарылдык кылат. Табигый шарттарда суутегинин ядролорунун ортолорундагы термоядролук реакция жылдыздардын эң ички катмарында жүрүп, алардын турактуу нурдануу энергияларынын булагы болуп эсептелет. Жылдыздардагы суутегинин күйүүсү жай ылдамдыкта жүрѳт, бирок жылдыздардын эң эле зор ѳлчѳмдѳ жана тыкыздыкта болуусу миллиарддаган жылдар бою эбегейсиз чоң ѳлчѳмдѳгү энергиянын агымын үзгүлтүксүз чыгарып туруу мүмкүндүгүнѳ ээ кылат.

Жер жүзүндөгү шартта термоядролук реакция биринчи жолу водороддук бомбаны жардырууда иш жүзүнѳ ашырылган. Термоядролук реакция үчүн зарыл болгон жогорку температура атом бомбасын жардыруу аркылуу алынган. Жогорку температуралуу дейтерийлүү плазмадагы реакцияны изилдѳѳ башкарылма жасалма термоядролук реакцияны алуунун теориялык негизи болуп эсептелет. Мындагы эң негизги кыйынчылык ѳзун-ѳзу кармап туруучу термоядролук реакцияны иш жүзүнѳ ашыруучу шартты камсыз кылууда. Мындай реакция үчүн реакция жүрүп жаткан системадан энергиянын бѳлүнүп чыгуу ылдамдыгы системадан чыккан энергиянын ылдамдыгынан кичине болбоосу зарыл. 10⁸Κ тартибиндеги температурада дейтерийлүү плазмадагы реакция белгилүү деңгээлдеги интенсивдүүлүккѳ ээ болуп, чоң энергияны бѳлүп чыгаруу менен жүрѳт.

Азыркы мезгилде бир катар ѳлкѳлѳрдѳ, анын ичинде, Россияда, Англияда, АКШда башкарылуучу термоядролук реакцияны иш жүзүнө ашыруу аракеттери жүрүп жатат. Азырынча жүрүшү ядролук реактордуку сыяктуу жѳнгѳ салынуучу термоядролук реакцияны алууга мүмкүндүк боло элек. Анткени бѳлүнүү реакциясынын жүрүшү үчүн жогорку температуранын зарылдыгы жок. Ал эми термоядролук реакция үчүн активдүү зонада жогорку температуранын болушу ѳтѳ эле зарыл. Ушуга байланыштуу башкарылма термоядролук реакцияны иш жүзүнѳ ашыруудагы эң оор маселе-жумушчу кѳлѳмдѳ жогорку температуралуу плазманы жетишерлик узак убакытка дейре кармап туруу болуп эсептелет.

Жылдыздын ички катмарындагы плазма сырткы катмарларынын зор гравитациялык басымы менен кармалып турат. Ал эми анын ысыктыгы салыштырмалуу муздактыктагы тышкы катмарынан алыстыгы менен сакталат. Жер шартында азырынча мындай маселени чечүүгѳ мүмкүн эмес. Кандай заттан болсо да жогорку температуралуу плазманы кармап туруучу кѳлѳмдү жасоого болбойт, анткени ал бат эле бууга айланып кетет. Ошондуктан азыркы мезгилдеги негизги максат — бул маселени чечүүдѳ күчтүү магнит талаасын колдонуу болуп эсептелет.

1. Башкарылуучу термоядролук реакцияларга түшүнүк бергиле.

2. Ѳзун ѳзу кармап туруучу термоядролук реакция кандай шартта иш жүзүнѳ ашырылат?

3. Кайсы ѳлкѳлѳрдѳ башкарылуучу термоядролук реакцияны иш жузунѳ ашыруу аракеттери жүрүп жатат?

Чернобль кырсыгынын кесепеттери. Чернобль Атомдук Электр-станциясы (ЧАЭС) Украинанын түндүк тарабына курулган. Анын курулушу 1976-жылы башталган. Ар бири 1000 МВт болгон тѳрт блоктон турат. Кырсык ЧАЭСтин 4-блогунда 1986-жылдын 26-апрелинде болгон. Бул кырсык реактордун ар кандай шарттарда коопсуздукта иштѳѳсүн текшерүүгѳ карата эксперимент жүргүзүү учуруна туура келген. Мындай эксперимент реактордун кубаттуулугун тѳмѳндөтүү аркылуу жүргүзүлүп жаткан.

Биринен кийин экинчиси кайталанып эки жарылуу пайда болгон. Анын биринчиси суу буусунун ажыроосунун натыйжасындагы күчтүү кошулманын жарылуусу болсо, экинчиси отундун (топливо) бууларынын кеңейүүсүнѳн келип чыккан. Жарылуулар тѳртүнчү блоктун капкагын түртүп чыгып, анын негизинде реакторго аба кирип кеткен. Аба графиттен жасалган стержендер менен реакцияда болуп, угарный газды пайда кылган. Бул газ күйүп ѳрт башталган. Мунун натыйжасында реактордун активдүү зонасы толугу менен талкаланган. Реактордон чыккан радиоактивдүү нурлар суткасына миллион кюри деңгээлде он күн (1986-жылдын 26-апрелинен 6-майына дейре) айлана чѳйрөгѳ тарап турган. Андан кийин акырындап азая баштаган. Тѳртүнчү блоктун талкалануу процесстеринин жүрүшү жана анын кесепеттеринин ѳлчѳмү ядролук кырсыктардын эл аралык шкаласынын 7-деңгээлине (эң оор кырсыкка) туура келген. Япониянын Хиросимо жана Нагасаки шаарларына 1945-жылдын 6-нчы жана 9-нчу августарында ташталган атом бомбаларынын бирөө канчалык кыйраткыч күчкѳ ээ болсо, ошондон 500 эсеге кѳп болгон.

1986-жылдын 15-майында Мамлекет тарабынан чечим кабыл алынып, ал боюнча эң негизги маселе ЧАЭСтин тѳртүнчү блогун бекитүү болгон. Ар бир вахтага 10000ден кем эмес адам катышып, алар суткасына 4 смена менен иштешкен. Блокту бекитүү 1986-жылдын ноябрында рекорддук кыска мѳѳнѳттѳ аяктаган.

Украинанын саламаттыкты сактоо министрлиги ЧАЭС кырсыгынын кесепеттери боюнча белгилүү денгээлде жыйынтык чыгарган. Ошол авария болгон учурда АЭСтин кызматкерлеринен жана ѳрт ѳчүрүүчүлөрдѳн 300 адам күчтүү радиациялык нурданууга дуушар болушкан. Алардын ичинен 237не «күчтүү нурданылган» деген алгачкы диагноз коюлган. Ѳтѳ эле күчтүү жабыр тарткан 31ин ошол мезгилде сактап калууга мүмкүндүк болгон эмес. 1994-жылга дейре 125 миң адам каза болсо, 2004-жылга дейре ЧАЭС кырсыгын жок кылууга катышкандардын ичинен каза болгондордун саны 583 миң адамга жеткен. Миңдеген км² жер аянты радиоак­тивдүү нурлар менен нурданууда болгон. Бул аймакта ошол мезгилде жашаган балдар менен жаш ѳспүрүмдөрдүн ичинен 60% тинен кѳбүрѳѳгүнүн калкан бездеринен рак оорусуна чалдыгуу коркунучу турат. Чернобль кырсыгы кѳбүнчө балдардын кан оорусуна чалдыгышына, ошондой эле нерв системаларынан, тамак сиңирүү жана дем алуу органдарынан жабыркоолорунун кѳбѳйүшүнө алып келди. Бүгүнкү күндѳгү эң маанилүү маселе бул кырсыкты жок кылууга түздѳн түз катышкан адамдарга ѳзгѳчѳ камкордук кѳрүүдѳ болуп эсеп­телет. Андай адамдардын саны 432 миңден ашык (2003-ж.). Алардын ичинде Кыргыз Республикасынын тургундары да бар (2000 ге жакын адам). Эгерде илимпоздор менен адистердин активдүү аракеттери мынча жогорку деңгээлде болбогондо адамдарга тийгизген бул кырсыктын кесепеттери алда канча жогору болмок.

• Ядролук синтездөөнү жылуулук электр станциясынын булагы катары колдонуунун келечеги кандай? деген суроого АКШдагы Мэриленд университетинин профессору белгилүү физик Р.З.Сагдеев тѳмѳнгүдѳй жооп берген:

• «...Дегинкисин айтканда Чернобль кырсыгы ядролук калдыктар проблемасын чечүүгѳ али да болсо даяр эместигибизди кѳргѳзүп койду, ядролук энергетика жѳнүндѳгү идеянын беделин тушүрдү, анын перспективасына тескери таасирин тийгизди. Ошондой болсо да атомдук электр станциясын пайдаланбай коюуга болбойт. Ал жѳнүндѳ бир кыйла идеялар иш жүзүнѳ ашырылууда».

Россия боюнча бардыгы болуп 6 миллион километр квадрат аянт изилденип чыккан. Мындай изилдѳѳнүн негизинде це­зий - 137, стронций - 90 жана плутоний - 239 менен ууланган аянттардын карталары түзүлгѳн. Чернобль кырсыггынан Европанын булганган аймактык атласын түзүү боюнча Европалык коомдун кѳп жылдык долбоору 1997-жылы аяктаган. Бул проектинин жыйынтыгы боюнча Европанын 17 ѳлкѳсүндѳ жалпы аянты 207,5 миң километр квадрат аянт цезий менен ар кандай деңгээлде булганган.

1. Чернобль кырсыгынын себеби эмнеде болгон?

2. Бул кырсыкты жок кылуу үчүн кандай аракеттер жасалган?

3.Чернобль кырсыгынын зыяндуулугунун ѳлчѳмү кандай болгон?

Ядролук согуш коркунучуна каршы күрѳшүү. Жогоруда ядролук реактор, термоядролук реакция, башка­рылма термоядролук реакция жѳнүндѳ кыскача түшүнүктѳрдү берип кеттик. Анда термоядролук реакциянын жүрүүсүнѳ зарыл болгон жогорку температура атом бомбасын колдонуу аркылуу алынарлыгы да айтылды. Атом бомбасы жарылганда ѳзүнүн масштабы боюнча эбегейсиз чоң кыйратуучу күчкѳ ээ болгон энергия бѳлүнүп чыгат. Физиктер мындай ядролук энергияны алуу максатында экинчи дүйнѳлүк согуштун башталышынында эле (1939-1945-ж.) активдүү кирише башташкан. Атом бомбасынын жасалышы биринчи жолу экинчи дүйнѳлүк согуштан кийин америкада иш жүзүнө ашырылган. Атом бомбасы жарылганда эбегейсиз сандагы ядролук энергия бөлүнүп чыгат. Ядролук жарылуунун биринчи сыноосу 1945-жылдын 16-июлунда Аламогордого (АКШ тынын Нью-Мексико штаты) жакын жерде жүргүзүлгѳн. Андан кийин америкалык эки атом бомбасы Япониянын Хиросима (1945-жылдын 6 августунда) жана Нагасаки (1945-жылдын 9-августунда) шаарларына ташталган. Бул бомбанын жарылуусунан бөлүнүп чыккан энергия болжол менен 10²¹ эрг (10¹⁴ Дж) барабар деп эсептелинген. Мындай чоң энергиялуу атом бомбаларынын жарылуусу аталган шаарларга эбе­гейсиз кыйроолорду, тынч жашап жаткан бир нече миң адамдарды ѳлүмгѳ дуушар кылган. Хиросимодо 140 миңден ашык адам өлүп жана жарадар болушса, ал эми Нагасакиде 75 миңге жакын адам ѳлгѳн. Андан кийин да атом бомбасынын жарылуусунун кесепетинен бир нече жүздѳгѳн адам өлүмгѳ дуушар болушкан.

Атом бомбасынын мындай кыйраткыч түрүндѳ колдонулушу согуш максатында болгон эмес. Жөн гана ошол учурда атом куралына ээ болуп турган американын башкаруучуларынын тынчтыкты жана эркиндикти сүйгѳн элдин жүрөгүнүн үшүн алууну кѳздөгѳн максаты болгон.

Атомдун «жашыруун сыры» 1947-жылы академик И.В. Курчатовдун жетекчилиги менен Советтер Союзунда да ачылган. 1949-жылдын августунда атом бомбасынын эксперименталдык жардырылышы иш жүзүнѳ ашырылган. Андан кийин 1953-жылдын 12-августунда Советтер Союзунда андан да бир нече эсе кубаттуу болгон водороддук бомбанын биринчи жолку сыналышы жүргүзүлгөн. Ошентип XX кылымдын орто ченинен баштан капиталисттик өлкө болгон Америкада жана социалисттик ѳлкѳлѳрдүн башында турган СССРде адам баласына кыргын салуучу атомдук жана водороддук бомбалар менен жарыша куралдануулар башталган.

Аталган эки система ошол мезгилде ядролук куралдануунун тигил же бул түрүнѳн биринен бири өтүп турган. Алардын өз ара келишпестиктери бүткүл адамзатын термоядролук согуш­тун коркунучуна алып келген. Бул коркунучту биринчилерден болуп сезген, советтик водороддук бомбанын түзүүчүсү А. Д. Са­харов 1955-жылы эле ядролук куралдарга сыноо жүргүзүүгө кар­шы чечкиндүү күрѳшүн баштаган. А. Д. Сахаровдун тынчтыкты бекемдѳѳдѳгү мындай эмгектери Нобель сыйлыгына татыктуу болгон. Кандай гана дүйнѳлүк согуш болбосун баары бир атом куралдары колдонулмак. Адам баласы кыргынга түшмѳк. Дүйнѳдө мындай алааматты болтурбоо максатында батыштын айрым илимпоздору (Джон Гэлбрейт, Питирим Сорокин, Бертран Рассел ж. б.) да атом куралдарына ээ болушкан мамлекеттердин жетекчилерине кайрылышып, аларды кандай гана талаш-тартыш маселелер болбосун тынчтык жолу менен чечүүгѳ үндѳшкѳн. Мындай чечкиндүү күрѳшүүлѳрдүн негизинде ядролук куралдарды колдонбоо боюнча 1963-жылы Эл аралык Москва келишими кабыл алынган.

-Ядролук куралдар жѳнүндѳ сиздин оюңуз кандай? деген суроого АКШдагы Мэриленд университетинин профессору, Россиядагы И. В.Курчатов атындагы атом энергиясы институтунда мурда (1956-1961 -жылдарда) иштеген Р.З.Сагдеев тѳмѳндѳгүдѳй жооп берген:

-Эң эле тескери. Эбегейсиз кѳп сандагы атом бомбалары Чеченстандагы терроризм проблемасын да, Ирактагы проблеманы да чече албайт... Эң эле кейиштүүсү ядролук куралдарга ээ болушкан жана аларды сактап турушкан өлкѳлѳр ядролук куралсыз ѳлкѳлѳрдү мындай ядролук куралдарга ээ болууга кандайдыр бир деңгээлде түрткү болушууда.

1. Атом бомбасынын жасалышы качан жана кайсы өлкѳдө башталган?

2. Ядролук жарылуунун биринчи сыноосу качан жана кайсыл жерде жүргузулгѳн?

3. Хиросима жана Нагасаки шаарларына ташталган атом бомбаларынын кесепеттери кандай болгон?

4. Водороддук бомбанын биринчи жолку сыналышы качан жана кайсыл ѳлкѳдө жургузулгѳн?

5. Ядролук согуш коркунучуна каршы күрѳшүүдөгү А.Д. Сахаровдун ролу.