Мюонный катализ | это... Что такое Мюонный катализ? (original) (raw)
Мюо́нный ката́лиз ядерных реакций синтеза, или просто мюонный катализ (англ. muon catalyzed fusion, MCFusion, MCF), состоит в следующем: отрицательно заряженный мюон (нестабильная частица с временем жизни τμ=2,2·10−6 с и массой _m_μ=206,769 me) , попадая в смесь изотопов водорода, образует там мезоатомы pμ, dμ и tμ, которые, сталкиваясь затем с молекулами Н2, D2 и Т2 (а также HD, НТ и DT), образуют мезомолекулы ppμ, pdμ, ptμ, ddμ, dtμ и ttμ (или, точнее, мезомолекулярные ионы (ppμ)+, (pdμ)+ и т. д.).
Поскольку мюон примерно в 200 раз тяжелее электрона, то размеры мезомолекул во столько же раз меньше размеров молекулярных ионов H2+, HD+ и т. д., в которых ядра удалены друг от друга в среднем на расстояние в две атомных единицы ~2_a_0 = 2_h_2/_mee_2 ~10−8 см. В мезомолекулах ядра удалены на расстояние примерно в две мезоатомных единицы ~2_a_μ = 2_h_2/_mμe_2 ~5·10−11 см. На такое расстояние сближаются ядра изотопов водорода при кинетической энергии ~3 кэВ, что соответствует ~30 миллионам градусов, которая сравнима с температурой, достигнутой в современных термоядерных установках.
После образования мезомолекул ddμ, dtμ и ttμ, чрезвычайно быстро, за время τ = 10−9 - 10−12 с, происходит слияние их ядер за счет сильного взаимодействия, в реакциях
,
В мезомолекулах pdµ и ptµ сравнительно малая скорость (~106 с−1) реакций
определяется электромагнитным взаимодействием.
Поскольку эти реакции в мезомолекулах идут в присутствии мюона µ−, то для каждой из них возможны два исхода, а именно, мюон может или освободиться, или же образовать мезоатом гелия. Свободный мюон может инициировать следующую реакцию синтеза, а мюон, захваченный ядром гелия (альфа-частицей) — нет. Таким образом, число реакций синтеза Xc, инициируемое одним мюоном, ограничено величиной коэффициента прилипания мюона к гелию (~ 1%). Экспериментально удалось получить значения Xc ~100, т. е. один мюон способен высвободить энергию ~ 100 × 20 МэВ = 2 ГэВ. Но эта величина все же меньше, чем энергетические затраты на производство самого мюона (5-10 ГэВ). Таким ообразом мюонный катализ пока энергетически невыгодный процесс. Коммерчески выгодное производство энергии возможно при Xc ~ 104.
В 1999 году, Такахиро Мацумото в японском патенте № 3073741 сообщил, что при инжекции мюонов в пористый кремний, обогащённый дейтерием и тритием, коэффициент прилипания был уменьшен до 0,03 %. Согласно патенту, один мюон способен инициировать более 1000 реакций синтеза при комнатной температуре и более 1500 реакций при температуре 500 K (227 градусов Цельсия).[источник не указан 1307 дней]
Также возможно использование мюонного катализа для ядерного бридинга.