Processing math: 100%
Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

МЮО́ННЫЙ КАТА́ЛИЗ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 21. Москва, 2012, стр. 613

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:


    Книжная версия:



    Электронная версия:

Авторы: Л. И. Пономарёв

МЮО́ННЫЙ КАТА́ЛИЗ, син­тез (слия­ние) ядер изо­то­пов во­до­ро­да (про­тия p, дей­те­рия d и три­тия t), обу­слов­лен­ный их взаи­мо­дей­ст­ви­ем с от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ны­ми мюо­на­ми μ. Без мюо­нов скорость слия­ния изо­то­пов во­до­ро­да (d+d3He+n,t+d4He+n и др.) при ком­нат­ной темп-ре очень ма­ла, по­сколь­ку для та­ких ре­ак­ций изо­то­пы необ­хо­ди­мо сбли­зить до рас­стоя­ний ~10–11 см, что воз­мож­но толь­ко при на­гре­ва­нии до темп-ры в неск. мил­лио­нов гра­ду­сов. В сме­си изо­то­пов во­до­ро­да (H2,D2,T2) мюо­ны μ об­ра­зу­ют с их яд­ра­ми мю­он­ные ато­мы (pμ,dμ,tμ) и мю­он­ные мо­леку­лы (pμp,pμd,pμt,dμd,dμt,tμt), в ко­то­рых яд­ра сбли­же­ны до рас­стоя­ний ~5·10–11 см. По­это­му ско­рость ядер­ных ре­ак­ций син­те­за в них со­став­ля­ет 106–1012 с–1, что боль­ше ско­ро­сти рас­па­да мюо­на (5·105 с–1). Ско­ро­сти об­ра­зо­ва­ния мю­он­ных мо­ле­кул (~106–108 с–1) так­же пре­вы­ша­ют ско­рость рас­па­да μ, по­это­му в сме­си H2+D2 ста­но­вит­ся воз­мож­ной по­сле­до­ва­тель­ность ре­ак­ций μ+H2+D2pμ+dμpμd3He+γ+μ, в ко­то­рой μ ос­во­бо­ж­да­ет­ся в кон­це це­поч­ки и мо­жет при­нять уча­стие ещё в не­сколь­ких цик­лах мю­он­но­го ка­та­ли­за.

Воз­мож­ность М. к. впер­вые пред­по­ло­жил англ. фи­зик Ч. Франк в 1947 при ана­ли­зе опы­тов, в ко­то­рых был от­крыт π-ме­зон. В 1954 и 1957 Я. Б. Зель­до­вич

 >>
и А. Д. Са­ха­ров
 >>
вы­пол­ни­ли пер­вые рас­чё­ты это­го про­цес­са, а в 1957 Л. Аль­варес
 >>
об­на­ру­жил его экс­пе­ри­мен­таль­но. В 1966 В. П. Дже­ле­пов, на­блю­дая цикл М. к. в дей­те­рии (μ+D2dμdμd3He+n+μ), ус­та­но­вил, что он за­висит от темп-ры сре­ды. Тео­ре­тич. ана­лиз это­го яв­ле­ния (С. С. Гер­штейн
 >>
, Э. А. Вес­ман) по­ка­зал, что оно объ­яс­ня­ет­ся про­цес­сом ре­зо­нанс­но­го об­ра­зо­ва­ния мю­он­ных мо­ле­кул, в ча­ст­но­сти су­ще­ст­во­ва­ни­ем сла­бо­свя­зан­но­го со­стоя­ния мю­он­ной мо­ле­ку­лы dμd с энер­ги­ей свя­зи ок. 2 эВ. В 1977 Гер­штейн и Л. И. По­но­ма­рёв тео­ре­ти­че­ски пред­ска­за­ли, что в мю­он­ной мо­ле­ку­ле dμt су­ще­ст­ву­ет сла­бо­свя­зан­ный уро­вень с энер­ги­ей свя­зи 0,64 эВ, бла­го­да­ря ко­то­ро­му ско­рость об­ра­зо­ва­ния этих мо­ле­кул воз­рас­та­ет до 108 с–1, т. е. поч­ти в 200 раз пре­вы­ша­ет ско­рость рас­па­да μ. В 1978 это пред­ска­за­ние бы­ло под­твер­жде­но экс­пе­ри­мен­таль­но.

Основной цикл мюонного катализа в смеси дейтерия и трития.

Схе­ма цик­ла М. к. в сме­си дей­те­рия и три­тия μ+D2+T2dμ+tμdμtHe4+n+μ пред­став­ле­на на рис. В ре­ак­ции син­те­за часть мюо­нов «при­ли­па­ет» к яд­ру ге­лия (dμtμ4He+n) и вы­бы­ва­ет из даль­ней­ших цик­лов М. к. (про­ис­хо­дит «от­рав­ле­ние» ка­та­ли­за­то­ра). Ве­ро­ят­ность ws при­ли­па­ния мюо­на к яд­ру ге­лия в М. к. в сме­си дей­те­рия и три­тия со­став­ля­ет 10–2. Макс. чис­ло цик­лов, ко­то­рое один μ мо­жет осу­ще­ст­вить в жид­кой сме­си D2+T2, рав­но 117. Этот ре­зуль­тат по­зво­лил рас­смот­реть воз­мож­но­сть прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния М. к. для про­из­вод­ст­ва энер­гии и ней­тро­нов. В ка­ж­дом цик­ле М. к. в сме­си D2+T2 вы­де­ля­ет­ся энер­гия 17,6 МэВ, из ко­то­рых 14,1 МэВ уно­сит ней­трон. При ис­поль­зо­ва­нии мю­он­но-ка­та­ли­тич. гиб­рид­но­го ре­ак­то­ра мож­но уве­ли­чить энер­го­вы­де­ле­ние пу­тём даль­ней­ше­го раз­мно­же­ния ней­тро­нов в ура­но­вом блан­ке­те при де­ле­нии ядер ура­на U238 и об­ра­зо­ва­ния ядер плу­то­ния Pu239. В этом слу­чае ка­ж­дый ней­трон син­те­за сум­мар­но ос­во­бо­ж­да­ет ок. 1 ГэВ энер­гии, что при­мер­но в 60 раз пре­вы­ша­ет энер­гию чис­то­го син­те­за (17,6 МэВ). Та­кая гиб­рид­ная сис­те­ма мо­жет быть эко­но­ми­чески вы­год­ной в ядер­ной энер­ге­ти­ке бу­ду­ще­го.

Ин­тен­сив­ный ней­трон­ный ис­точ­ник на ос­но­ве М. к. мо­жет обес­пе­чить мо­но­хро­ма­тич. по­ток ней­тро­нов с энер­ги­ей 14 МэВ ок. 1017 ней­трон/с с плот­но­стью 1014 ней­трон/(см2·с). Яв­ле­ние М. к. от­кры­ва­ет но­вые воз­мож­но­сти для изу­че­ния ядер­ных ре­ак­ций син­те­за.

Лит.: Зель­до­вич Я. Б., Гер­штейн СС. Ядер­ные ре­ак­ции в хо­лод­ном во­до­ро­де // Ус­пе­хи фи­зи­че­ских на­ук. 1960. Т. 71. Вып. 8; Гер­штейн С. С., Пет­ров ЮВ., По­но­ма­рев Л. И. Мю­он­ный ка­та­лиз и ядер­ный бри­динг // Там же. 1990. Т. 160. Вып. 8.

Вернуться к началу