Табл. 2.

Т. р. происходят в результате парных
столкновений между ядрами, поэтому число их в единице объёма в ед. времени
равно ninva(v)>, где n,n- концентрации ядер 1-го и 2-го сортов (если ядра одного сорта, то nследует заменить на Vzn ), v - относит, скорость сталкивающихся
ядер, угловые скобки означают усреднение по скоростям ядер v [распределение
к-рых в дальнейшем принимается максвелловским (см. Максвелла распределение)}.

Температурная зависимость скорости
Т. р. определяется множителем < vo(v)>. В практически важном
случае "не очень высоких" темп-р Т<(10⁷ -т- 10⁸)К
она может быть приближённо выражена в виде, одинаковом для всех Т. р. В
этом

случае относит, энергии Е сталкивающихся
ядер, как правило, значительно ниже высоты кулоновского барьера (последняя
даже для комбинации ядер с наименьшим зарядом z = 1 составляет 200 Кэв,
что соответствует, по соотношению Е = КГ, Т1 -10⁹К)
и, следовательно, вид а(и) определяется в основном вероятностью "туннельного"
прохождения сквозь барьер (см. Туннельный эффект), а не собственно
ядерным взаимодействием, в ряде случаев обусловливающим "резонансный" характер
зависимости a(v) (именно такая зависимость проявляется в наибольших
из значений а„акс в табл. 1). Результат имеет вид

где const - постоянная, характерная
для данной реакции, Zядер, - их приведённая масса, е - заряд электрона, h - Планка
постоянная, k -Болъцмана постоянная.

Т. р. во Вселенной играют двоякую
роль <- как основной источник энергии звёзд и как механизм нуклеогенеза.
Для

нормальных гомогенных звезд, в т.
ч. Солнца, гл. процессом экзоэнергетич. ядерного синтеза является сгорание
H в Не, точнее, превращение 4 протонов в ядро ⁴Не и 2 позитрона.
Этот результат можно получить двумя путями (X. Бете и др., 1938-39):
1) в протонпротонной (рр) цепочке<, или водородном цикле; 2) в углеродно-азотном
(CN), или углеродном, цикле (табл. 2 и 3).

Первые 3 реакции входят в полный
цикл дважды. Времена реакций рассчитаны для условий в центре Солнца: Т
= 13 млн К (по другим данным -16 млн К), плотность H
- 100 г/см³. В скобках указана часть энерговыделения,
безвозвратно уходящая с v.

В CN-цикле ядро ¹²С играет
роль катализатора. Для Солнца и менее ярких звёзд в полном энерговыделении
преобладает рр-цикл,< а для более ярких звёзд -CN-цикл. Водородный
цикл разветвляется на 3 варианта. При достаточно больших концентрациях
⁴Не и Т>(10 -:- 15) млн К,< в полном энерговыделении
начинает преобладать др. ветвь рр-цикла, отличающаяся от приведённой в
табл. 2 заменой реакции ³Не + ³Не на цепочку:

а при ещё более высоких Т -
третья ветвь:

Для звёзд-гигантов с плотными выгоревшими
(по содержанию H) ядрами существенны гелиевый и неоновый циклы T. р.; они
протекают при значительно более высоких темп-pax и плотностях, чем рр-и
CN-циклы. Осн. реакцией гелиевого цикла, идущей, начиная с Г" 200 млн
К, является т. н. процесс Солпитера: 3⁴Не -> ¹²С
+ yМэв (процесс не строго тройной,
а двухступенчатый, идущий через промежуточное ядро ⁸Ве). Далее
могут следовать реакции ¹²С +⁴Не -> ¹⁶О
+ у, ¹⁶О + ⁴He->²⁰Ne + + "у; в этом состоит
один из механизмов нуклеогенеза. Возможность процесса Солпитера, а тем
самым и нуклеогенеза большинства элементов (предпосылка возникновения всех
форм жизни!) связана с таким случайным обстоятельством,< как большая
"острота" резонанса в ядерной реакции 3⁴Не->¹²С,
обеспечиваемая наличием подходящего дискретного уровня энергии у ядра ⁸Ве.

Если продукты реакций гелиевого цикла
вступят в контакт с H, то осуществляется неоновый (Ne-Na) цикл, в к-ром
ядро ²⁰Ne играет роль катализатора для процесса сгорания H в
Не. Последовательность реакций здесь вполне аналогична CN-цнклу (табл.
3), только ядра ¹²С, ¹³N, ¹³C, ¹⁴N,
^I5O, ¹³N заменяются соответственно ядрами ²⁰Ne,
²¹Na, ²¹Ne, "Na, ²³Na, ²³Mg.
Мощность этого цикла как источника энергии невелика. Однако он, по-видимому,
имеет большое значение для нуклеогенеза, т. к. одно из промежуточных ядер
цикла (²¹Ne) может служить источником нейтронов: ²¹Ne
+ + ⁴He->²'ⁱMg + n (аналогичную
роль может играть и ядро С, участвующее в CN-цикле). Последующий "цепной"
захват нейтронов, чередующийся с процессами Р-распада, является механизмом
синтеза всё более тяжёлых ядер.

Средняя интенсивность энерговыделения
е в типичных звёздных Т. р. по земным масштабам ничтожна. Так, для Солнца
( в среднем на 1 г солнечной массы) е = 2 эрг/сек г Это гораздо
меньше, сек • г напр., скорости энерговыделения в живом организме
в процессе обмена веществ. Однако вследствие огромной массы Солнца (2'10³³
г) полная излучаемая им мощность (4 -10^м вm) чрезвычайно
велика (она соответствует ежесекундному уменьшению массы Солнца на 4
млн.т) и даже ничтожной её доли достаточно, чтобы оказывать решающее влияние
на энергетический баланс земной поверхности, жизни и т. д.

Из-за колоссальных размеров и масс
Солнца и звёзд в них идеально решается проблема удержания (в данном случае
- гравитационного) и термоизоляции плазмы: Т. р. протекают в горячем ядре
звезды, а теплоотдача происходит с удалённой и гораздо более холодной поверхности.
Только поэтому звёзды могут эффективно генерировать энергию в таких медленных
процессах, как рр- и CN-циклы (табл. 2 и 3). В земных условиях эти процессы
практически неосуществимы; напр., фундаментальная реакция р + p-D + е⁺
+ v непосредственно вообще не наблюдалась.

Т. р. в земных условиях. На Земле
имеет смысл использовать лишь наиболее эффективные из Т. р., связанные
с участием изотопов водорода D и Т. Подобные Т. р. в сравнительно крупных
масштабах осуществлены пока только в испытат. взрывах термоядерных,
или водородных бомб (см. Ядерное оружие). Энергия, высвобождающаяся
при взрыве такой бомбы (10²³- 10²⁴эрг), превышает
недельную выработку электроэнергии на всём земном шаре и сравнима с энергией
землетрясений и ураганов. Вероятная схема реакций в термоядерной бомбе
включает Т. р. 12, 7, 4 и 5 (табл. 1). В связи с термоядерными взрывами
обсуждались и др. Т. р., напр. 16, 14, 3.

Путём использования Т. р. в мирных
целях может явиться управляемый термоядерный синтез (УТС), с к-рым
связывают надежды на решение энергетич. проблем человечества, поскольку
дейтерий, содержащийся в воде океанов, представляет собой практически неисчерпаемый
источник дешёвого горючего для управляемых Т. р. Наибольший прогресс в
исследованиях по УТС достигнут в рамках сов. программы "Токамак". Аналогичные
программы к сер. 70-х гг. 20 в. стали энергично развиваться и в ряде др.
стран. Для УТС наиболее важны Т. р. 7, 5 и 4 [а также 12 для регенерации
дорогостоящего Т]. Независимо от энергетич. целей термоядерный реактор
может быть использован в качестве мощного источника быстрых нейтронов.
Однако значит, внимание привлекли к себе и "чистые" Т. р., не дающие нейтронов,
напр. 10, 20 (табл. 1).

Лит.: Арцимови ч Л. А., Управляемые
термоядерные реакции, 2 изд., М., 1963; Франк-Каменецкий Д. А., Физические
процессы внутри звезд, М., 1959; Термоядерные реакции, в кн.: Проблемы
современной физики, М., 1954, в. 1; F о w1 е r W. А., С a u g h 1 а п G.
R., Z i rain е r m а п В. A., "Annual Review of Astronomy and Astrophysics",
1967, v. 5, p. 525. В. И. Коган.