Протонно-нейтронный синтез?

При рассмотрении некоторых задач в элементарной книге я наткнулся на ссылку на реакцию п + н → д + "энергия".

Это возможно? Не вижу причин, почему бы и нет, но я вообще не нахожу упоминаний об этой реакции в гугле. Мне кажется, что «энергия» должна быть комбинацией кинетической энергии дейтрона и гамма-излучения.

Вероятно, это возможно, но имейте в виду, что свободные нейтроны нестабильны и распадаются на п + е − ν ¯ е триплет в течение примерно пятнадцати минут, так что ваша проблема для начала будет заключаться в том, чтобы заполучить нейтрон. Вот что делает эту реакцию такой редкой п п → д е + фьюжн в результатах Google.
загляните на en.wikipedia.org/wiki/Chronology_of_the_universe#Hadron_epoch , в то время энергии и плотности таковы, что нейтроны могут встречаться с протонами :)
@annav Спасибо. Я вспомнил, что знал об этой реакции в ранней Вселенной, но не мог найти упоминания о ней.
Какой-то глупый вопрос, но: Что такое " д "?
@ACuriousMind дейтрон (то есть уникальное связанное состояние одного протона и одного нейтрона).
@ACuriousMind Иногда дейтрон пишется с большой буквы Д , точно так же, как атом дейтерия (ядро дейтрона с одним электроном на орбите).

Ответы (5)

Конечно, реакция возможна. Он даже не требует особых условий окружающей среды. Не имея заряда, нейтронам не нужно преодолевать сильный кулоновский барьер для взаимодействия с атомными ядрами, и они с радостью найдут любые ядра, которые могут их захватить при тепловых энергиях. KamLAND (например) полагается на эту реакцию как на задержанную часть задержки-совпадения при обнаружении антинейтринных событий в детекторе. В среде минерального масла KamLAND свободные нейтроны имеют среднее время жизни около 200 мю с .

Захват нейтрона даже на протоне высвобождает 2,2 МэВ. Хлор, бор и гадолиний являются лучшими агентами захвата нейтронов, чем молекулы, содержащие водород, такие как вода и масла, и захваты этими поглотителями высвобождают еще больше энергии за событие.

Так почему же все не радуются термоядерному синтезу при комнатной температуре и не предсказывают прекрасное будущее, полное безопасной и обильной энергии?

Потому что нет достаточного запаса свободных нейтронов. С их примерно 15-минутным временем жизни бета-распада нет природного резерва, и вы не можете хранить их в любом случае.

А в легководном реакторе? Я предполагаю, что относительный вклад в ощутимую энергию очень мал, но есть идеи, каков вклад - то есть реакции n, p - при таком количестве воды (2 протона на молекулу) в присутствии приличного потока нейтронов?

Реакции p + n --> D и D + n --> T лежат в основе различия между легкой и тяжелой водой, используемой в качестве замедлителя в реакторах деления. Потому что первая реакция имеет большее поперечное сечение и крадет больше нейтронов из экономии нейтронов цепной реакции.

Из-за оптимального соотношения масс протона и нейтрона легкая вода будет лучшим замедлителем, чем тяжелая вода, поскольку она быстрее замедляет нейтроны до тепловой скорости. Это было бы так, но это не так, поскольку этот эффект перекрывается более высоким поглощением нейтронов.

В результате, в то время как тяжеловодный замедлитель позволяет строить реакторы деления с необогащенным ураном, реакторы с легководным замедлителем требуют обогащенного урана. (обычно 2-3 % 235U вместо естественных 0,7 %)

Я хотел бы возразить против заявления dmckee о том, что в электростанциях деления есть очень хорошие и стабильные источники нейтронов. Ссылаясь на вопрос Гарыпа, если p + n - D + «энергия» протекает как экзотермальный процесс, то на малых экспериментальных атомных электростанциях созданы надлежащие условия. Правда, нейтрон стабилен лишь относительно короткое время, но этого времени было бы достаточно для осуществления реакции синтеза. Я полагаю, что было бы интересным экспериментом объединить процесс деления с процессом синтеза в экспериментальной электростанции путем модификации адсорбирующей среды для получения дейтерия, обладающего дополнительной тепловой энергией. Это может способствовать энергии охлаждающей среды. Эволюционировавшее ядро ​​дейтерия можно было бы использовать и для дальнейших экспериментов с D, T-реакциями.

Замедленные нейтроны в ядерном котле действительно захватывают и вносят свою энергию захвата в тепло, выделяемое заводом. Но это просто уменьшает возможный источник неэффективности преобразования доступной энергии деления в полезную форму. Вы также можете купить коммерческие готовые нейтронные генераторы, которые работают за счет искусственно индуцированного синтеза, но вам нужно вложить в генератор больше энергии, которую вы можете — даже теоретически — восстановить из нейтронов.
Количественно реакция деления урана высвобождает около 200 МэВ. Восстановление фотона с энергией 2 МэВ в результате захвата нейтронов на воде вместо, скажем, фотона с энергией 8 МэВ в результате захвата нейтронов на кадмии довольно глубоко в сорняках теплотехники.
Что касается извлечения дейтерия, трансмутация имеет свои проблемы . Для моего дипломного эксперимента, рассматривающего эффект слабого взаимодействия в н п → д γ , нам нужно было наблюдать примерно 10 18 захват нейтронов для получения желаемой статистической чувствительности; поэтому мы сделали несколько микрограммов дейтерия, смешанного, возможно, с килограммом обычного водорода, используя один из самых интенсивных пучков нейтронов в мире в течение более года. Природный дейтерий уже более распространен, чем этот.
Ссылаясь на эксперимент Роба, я хотел бы спросить о диапазоне энергий нейтронов, исходящих от генератора нейтронов. Как хорошо известно, водород является хорошей средой для поглощения нейтронов, но я полагаю, что это должен быть оптимальный уровень энергии — возможно, около тепловой области, — где захват нейтронов при синтезе может достигать максимума и D -выход системы намного выше, чем в эксперименте Роба. (Есть ли возможность прочитать публикацию об эксперименте?)

Тогда источником нейтронов будет

9 Быть + α → 12 С + н
реакция. Вам понадобится обычный бериллий- 9 , альфа-излучатель и вода, которая могла одновременно служить замедлителем (немного замедляя нейтроны) и мишенью (где нейтроны затем могли сливаться с протонами). Возможно, в качестве альфа-излучателей можно было бы использовать старые топливные стержни. Уран- 238 содержащийся в них (неделящийся) является альфа-излучателем. Можно было бы получить номинальный углерод- 12 , дейтерий, но, к сожалению, и продукты распада урана.

Реактор должен был быть сконструирован таким образом, чтобы продукты распада урана, углерод и тяжелая вода могли быть удалены из реактора, а новые материалы могли быть выброшены. Это потребует среднего уровня усилий по радиационной защите.

Вопрос в том, настолько ли он тогда продуктивен с точки зрения выработки энергии. 2.2 МэВ на протон-нейтронный синтез. Альфа-частица урана- 238 имеет 4.2 МэВ. В идеале, это затем тормозится до 2,6 МэВ. Тогда существует определенная вероятность того, что нейтрон с 740 кэВ, которые в свою очередь должны достичь тепловых скоростей ( 100 диапазон мэВ). А потом, с определенной вероятностью, снова происходит этот протонно-нейтронный синтез.

Это означает, что если такая цепочка реакций протекает идеально, мы получаем

2.2  МэВ + ( 4.2 − 2,6 )  МэВ + ( 740 − 0,0001 )  кэВ знак равно 4,5  МэВ .
Среднее потребление энергии на домохозяйство составляет 22 , 400 кВтч в год. Это означает, что средняя мощность 2,56 кВт. Это потребует 3,56 × 10 15 идеальная реакция работает. Это означает, что 1,4 × 10 − 6 грамм урана, 0,05 граммов бериллия и 0,0059 граммов водорода будет потребляться в секунду.

Чтобы рассчитать затраты на это, я нашел следующие значения для урана и бериллия: Уран 19.45 евро за грамм и бериллия между 0,30 а также 1,50 евро за грамм в зависимости от качества. Это означает, что основная стоимость – это уран. Таким образом, киловатт-час будет стоить около 4 центов С точки зрения затрат на выработку электроэнергии, это будет что-то среднее между атомной электростанцией и электростанцией, работающей на угле. Если я правильно посчитал. Потому что тогда к ценам на электроэнергию добавляются всевозможные вещи, такие как надбавка за ЭЭГ и прибыль корпораций и других, мы тогда платим примерно 9 раз эта цена. Так что протонно-нейтронный реактор для дома может быть даже стоящим.

Ладно, это был идеальный случай. Конечно, захоронение радиоактивного материала стоит денег. Дейтерий можно было бы даже продать. Тогда, конечно, вам нужно немного больше материала, например, больше воды в качестве модератора. И не каждая реакционная цепочка протекает идеально.

Небольшая ошибка в моем ответе

"Это означает, что 1,4е-6 граммов урана, 0,05е-6 граммов бериллия и 0,0059е-6 граммов водорода"

И я бы добавил, что этот холодный ядерный синтез, вызванный радиоактивным распадом, не приведет к ядерной катастрофе. Это не самоусиливающийся процесс. В ядерной энергетике чем больше расщепляется ядер, тем больше высвобождается нейтронов, которые могут снова расщепить ядра. Здесь радиоактивный распад не ускоряется, когда происходит больше синтеза.

Протонно-нейтронный синтез?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v