Все науки. №6, 2024
Международный научный журнал

Авторы: Алиев Ибратжон Хатамович, Юлдашалиев Дилшод Қулдашалиевич, Усмонов Якуб Усмонович, Ахмедов Турсун Ахмедович, Каримов Боходир Хошимович, Жалолов Ботирали Рустамович, Каримов Шерзод Боходирович, Саломов Уктам Рахимович, Эргашев Сирожиддин Фаязович, Юсупов Сардорбек Маъруфович, Ременной Владимир, Абдурахмонов Султонали Мукарамович, Усмонов Шукурулло Юлбарсович, Султонов Рўзиматжон Анваржон ўғли, Кучкарова Дилноза Топтиевна, Шарофутдинов Фаррух Муроджонович, Обидов Фозилжон Орипович, Каримова Дилором Шавкатовна, Додобаев Юсубжон Таджибаевич, Юлдашев Муминжон Шакирджонович, Абдурахманов Фархад Мамирович, Вавилова Екатерина, Xatamova Zumradxon, Quchkarova Gulnora, Xolmatov Shahobiddin, Teshaboyev Muhiddin

Главный редактор Ибратжон Хатамович Алиев

Редактор Миродилжон Хомуджонович Баратов

Иллюстратор Султонали Мукарамович Абдурахмонов

Иллюстратор Фарходжон Анваржонович Иброхимов

Иллюстратор Оббозжон Хокимович Кулдошев

Дизайнер обложки Раънохон Мукарамовна Алиева

И.О.научного руководителя Султонали Мукарамович Абдурахмонов

Экономический руководитель Ботирали Рустамович Жалолов

Корректор Гулноза Мухтаровна Собирова

Корректор Дилноза Орзикуловна Норбоева

Модератор Фарходжон Анваржонович Иброхимов

© Ибратжон Хатамович Алиев, 2024

© Дилшод Қулдашалиевич Юлдашалиев, 2024

© Якуб Усмонович Усмонов, 2024

© Турсун Ахмедович Ахмедов, 2024

© Боходир Хошимович Каримов, 2024

© Ботирали Рустамович Жалолов, 2024

© Шерзод Боходирович Каримов, 2024

© Уктам Рахимович Саломов, 2024

© Сирожиддин Фаязович Эргашев, 2024

© Сардорбек Маъруфович Юсупов, 2024

© Владимир Ременной, 2024

© Султонали Мукарамович Абдурахмонов, 2024

© Шукурулло Юлбарсович Усмонов, 2024

© Рўзиматжон Анваржон ўғли Султонов, 2024

© Дилноза Топтиевна Кучкарова, 2024

© Фаррух Муроджонович Шарофутдинов, 2024

© Фозилжон Орипович Обидов, 2024

© Дилором Шавкатовна Каримова, 2024

© Юсубжон Таджибаевич Додобаев, 2024

© Муминжон Шакирджонович Юлдашев, 2024

© Фархад Мамирович Абдурахманов, 2024

© Екатерина Вавилова, 2024

© Zumradxon Xatamova, 2024

© Gulnora Quchkarova, 2024

© Shahobiddin Xolmatov, 2024

© Muhiddin Teshaboyev, 2024

© Султонали Мукарамович Абдурахмонов, иллюстрации, 2024

© Фарходжон Анваржонович Иброхимов, иллюстрации, 2024

© Оббозжон Хокимович Кулдошев, иллюстрации, 2024

© Раънохон Мукарамовна Алиева, дизайн обложки, 2024

ISBN 978-5-0065-1687-8 (т. 6)

ISBN 978-5-0065-0531-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА ТВЕРДОГО РАСТВОРА BI₂TE₃-BI₂SE3 И ТВЕРДОГО РАСТВОРА С ЛЕГИРУЮЩЕЙ ДОБАВКОЙ

УДК: 531.1

Юлдашалиев Дилшод Қулдашалиевич

Преподаватель физико-технического факультета Ферганского государственного университета
Усмонов Якуб Усмонович
Кандидат технических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского государственного университета
Ахмедов Турсун Ахмедович
Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского государственного университета
Каримов Боходир Хошимович
Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского государственного университета

Ферганский государственный университет, Фергана, Узбекистан

Аннотация. В работе показаны результаты исследований и разработок по получению легированного материала Bi₂Te₃-Bi₂Se3 с новой легирующей добавкой. Для того, чтобы определить, как повлияла эта добавка на изменение упругости пара Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ были проведены измерения упругости пара легированного материала.

Ключевые слова: термоэлемент, рабочая температура, легирующая добавка, давление насыщенного пара, Bi₂Te₃– Bi₂Se3.

Abstract. In this work, show results about science works and technologies for getting ligate material Bi₂Te₃-Bi₂Se₃with new pluses. For descriptive, how did in this situation this pluses and for control pliability of the Bi₂Te₃-Bi₂Se₃was new works for control this pliability in other materials this it.

Keywords: term element, work temperature, ligatespluses, saturated steam pressure, Bi₂Te₃– Bi₂Se₃.

Верхний передел рабочей температуры термоэлемента определяется упругостью паров термоэлектрического материала. В настоящем исследований был разработан материал Bi₂Te₃-Bi₂Se₃, легированный новой соединяемой с ним добавкой.

Исследование проводились эффузионным методом Кнудсона [1,4] по потери веса камеры с веществом.

1. Твердый раствор Bi₂Te₃– Bi₂Se₃ с новой легирующей добавкой

Давление пара Bi₂Te₃-Bi₂Se₃с легирующей добавкой измерено в интервале 703—823⁰К. Испаряемый материал содержал 80% моли Bi₂Te₃ и 20% моли Bi₂Se₃,и 0,04% весовой легирующей добавка аммоний йодистый. Испарение материала осуществлялось в кварцевой эффузионной камере, калиброванной по хлористому калию.

Изменение состава сплавов во время опыта не учитывалась, так как полная потеря вещества после завершения всей серии измерений с одним составом не превышала 0,5% веса. Для каждого опыта по потере веса в эффузионной камере рассчитывалось количество испарившегося теллурида висмута и селенида висмута. Результаты исследования представлены в ниже приведённой таблице 1.

Таблица 1 Результаты измерения порционального давления пара теллурида висмута и селенида висмута над сплавом 80% моли Bi₂Te₃—20% моли Bi₂Se₃

Таблица 1

Результаты измерения порционального давления пара теллурида висмута и селенида висмута над сплавом 80% моли Bi₂Te₃—20% моли Bi₂Se₃

По результатам измерений рассчитано парциальное давление паров и получены следующие уравнения:

Графический зависимость lgP=f (1/T) для парциальных давлений теллурида висмута и селенида висмута с легирующей добавкой представлена на рис.1.

Рис. 1. Давление насыщенного пара Bi₂Te₃– Bi₂Se₃, NH₄J в интервале температур 703—823⁰С.1-для чистого Bi₂Te₃– Bi₂Se3 [2].2-по нашим данным.

2. Твердый раствор с легирующей добавкой

Одним из способов легирования тройного сплава является предварительное изготовление лигатуры путем сплавления теллура с легирующей добавкой. Легированной теллур использовался в дальнейшем для приготовления шихты тройного сплава. Для оценки испарения такого теллура в процессе сплавления шихты необходимо знать давления его насыщенного пара.

Для определения давления насыщенного пара теллура, легированного с новой легирующей добавкой, был сплавлён теллур с легирующей добавкой в количестве 0,01% веса. Измерение проводились в интервале температур 593—6830 К [3].Результаты исследований приводится в таблице 2.

Таблица 2

Таблица 2

По результатам измерений рассчитано парциальное давление паров и получено уравнение:

Графическая зависимость lgP=f (1/T) для парциальных давлений теллура с легирующей добавкой представлена на рис.2.

Обсуждение результатов

Из полученных результатов следует, что графическая зависимость для парциальных давлений висмута и селенида висмута с добавкой (рис.1) хорошо согласуется, он также был получен в работе [3] для чистого теллурида висмута и селенида висмута. Согласно кривым, представленным на рис.1 можно сделать вывод, что сплавления малых количеств легирующих добавок с шихтой тройного сплава приводит к незначительному изменению давления насыщенного пара твёрдых растворов. Исследование давления, насыщенного пара теллурида с добавкой к чистому теллуру не сказывает заметного изменения давления насыщенного пара теллура.

Рис.2. Давление насыщенного пара твёрдого теллура с легирующей добавкой в интервале температур 593⁰—683⁰К.1- для чистого материала [2]. 2- по нашим данным.

Проведённые исследования показали, что испарение твёрдых растворов Bi₂Te₃-Bi₂Se3 с легирующей добавкой, при рабочей температуре термоэлемента, незначительно, и оно не может препятствовать использованию их в качестве рабочих тел термоэлектрогенератора. Использование лигатуры теллурида возможно при получения легированных сплавов Bi₂Te₃-Bi₂Se₃, т.к. упругость пара лигатуры практически не отличается от упругости парачистого теллура.

Литература

1. Knudsen. M. J.Ann.Phys, 1969,28, C.75.

2. Горбов. М.И., Крестовников А. Н.-Изв. АН Россия. Серия неоргонические материалы,1966, 2, №9, С.1702.

3. Устюгов Г. П., Вигдорович Е. Н.– Изв. АН Россия. Серия неорганические материалы,1969, 5, №1, С.166.

4. Горлек С. С., Лашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и диэлектриков: Учебник для вузов.-М.:МИСиС, 2003.

РОЛЬ РЕЗОНАНСНЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ В СОВРЕМЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ. THE ROLE OF RESONANT NUCLEAR REACTIONS IN MODERN ENERGY

УДК: 537.5

Жалолов Ботирали Рустамович

Генеральный директор «Clipper Energy» LLC и «Clipper Associates» Corp
«Clipper Energy» LLC, «Clipper Associates» Corp., Malaysia
Каримов Боходир Хошимович
Кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского государственного университета
Алиев Ибратжон Хатамович
Студент 2-курса факультета математики-информатики Ферганского государственного университета
Ферганский государственный университет, Фергана, Республика Узбекистан
Zhalolov Botirali Rustamovich
General Director of «Clipper Energy» LLC and «Clipper Associates» Corp
«Clipper Energy» LLC, «Clipper Associates» Corp., Malaysia
Karimov Bahodir Khoshimov
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Faculty of Physics and Technology of Fergana State University
Aliev Ibratjon Khatamovich
2nd year student of the Faculty of Mathematics and Computer Science of Fergana State University

Ferghana State University, Ferghana, Republic of Uzbekistan

Аннотация. Современную энергетику просто невозможно представить без составляющей в лице атомных электростанций, в основе которых лежат явления распада урана-238 и урана-235, в том числе с использованием саморазмножающихся методов деления. Но как известно источники не вечны, по этой причине важно нахождение нового способа по выделению максимально большого количества электрической энергии и, если верить результатам современных исследований, явным кандидатом на подобный титул могут стать резонансные ядерные реакции, которые изучаются на основе совершенно новой науки – физики резонансных ядерных реакций (ФРЯР).

Ключевые слова: физика резонансных ядерных реакций, энергетическая составляющая, кулоновский барьер, ядерные реакций, физика атомного ядра и элементарных частиц, ядерное эффективное сечение, длина волны.

Annotation. It is simply impossible to imagine modern energy without a component in the face of nuclear power plants, which are based on the decay phenomena of uranium-238 and uranium-235, including using self-multiplying fission methods. But as you know, the sources are not eternal, for this reason it is important to find a new way to release as much electrical energy as possible and, if you believe the results of modern research, resonant nuclear reactions, which are studied on the basis of a completely new science – physics of resonant nuclear reactions (PRNR), can become a clear candidate for such a title.

Keywords: physics of resonant nuclear reactions, energy component, Coulomb barrier, nuclear reactions, physics of atomic nucleus and elementary particles, nuclear effective cross section, wavelength.

А. Русская версия

1. Общие понятия ядерных реакций

Сама по себе ядерная реакция, это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, которая может сопровождаться изменением структуры, строения, состава ядра, образованием новых ядер или элементарных частиц и введением дальнейших изменений. Также последствием ядерной реакции может стать его деление, спускание как элементарных частиц, так и безмассовых протонов. Вместе с этим, из-за действия несколько иных законов, при которых масса активно может превращаться в энергию и обратно, кинетическая энергия результирующих частиц вполне, может быть, не равна сумме изначальных.

Подобные ядерные реакции являются экзо-энергетическими или выделяющими энергию. Первая ядерная реакция была проведена Эрнестом Резерфордом в 1917 году, при бомбардировке альфа-частицами ядра атомов азота. Она была полностью зафиксирована благодаря появлению вторичных ионизирующих частиц, пробег коих в газе был больший чем пробег альфа-частиц, после чего и были идентифицированы как протоны. Процесс же позже был сфотографирован.

К слову, об этом, важно сказать, что для фотографирования ядерных реакций используется камера Вильсона. Говоря же о механизмах взаимодействия, то можно выделить два вида такого взаимодействия, а именно:

1. Реакция с образованием составного ядра, этот процесс состоит из двух стадий, при этом налетающая частица соединяется с самим бомбардируемым ядром, составляя общее ядро, которое позже распадается. Такая ядерная реакция протекает на небольших энергиях, до 10 МэВ;

2. Прямые ядерные реакции, проходящие уже сразу, за ядерное время, которое составляет мельчайшие доли секунды и рассчитываются исходя из иных факторов, одним из которых является время пересечения ядра частицей. Главным образом такой вид реакции выражается лишь на очень больших энергиях бомбардирующих частиц.

В случае сохранения первоначальных ядер после самой ядерной реакции, также не рождаются новые частицы, то реакция считается упругим рассеянием в поле ядерных сил, без какого-либо внутреннего взаимодействия. Такая реакция сопровождается лишь передачей кинетической энергии и импульса одной налетающей частицы ядру-мишени, называясь потенциальным рассеянием и полноценно подчиняясь законам сохранения импульса в этом случае.

Ранее были упомянуты механизмы реакции, но стоит несколько подробнее на них остановиться. Первая реакция, а именно механизм составного ядра был впервые разработан и предложен Нильсом Бором в 1936 году совместно с знаменитой теорией капельной модели. Данная теория даже сегодня лежит в основе больших представлений о всех ядерных реакциях.

Если следовать данной теории, то как и было описано, ядерная реакция следует в два этапа, при этом весь процесс от столкновения, образования составного ядра и его распада занимает в рамках 10⁻²³-10⁻²¹ с. И важно отметить, что какое бы не было составное ядро, оно всегда является возбуждённым из-за избыточной энергии, которая вносится частицей в лице энергии связи нуклонов в составном ядре и части кинетической энергии составного ядра, которая равна сумме кинетической энергии ядра-мишени с определённым большим массовым числом и налетающей частицы в системе так называемого центра инерции.

Здесь важно определить такое понятие как энергия возбуждения составного ядра, которое образовалось при поглощении свободного нуклона. Она составляет сумме энергии связи нуклонов ядра-мишени и части его кинетической энергии (1).

Часть кинетической энергии из-за большой разницы в массах ядра и нуклона в таких случаях становится равной кинетической энергии бомбардирующего нуклона. В среднем же энергия связи равна 8 МэВ и может изменяться только при отличительных особенностях образуемого в этом процессе составного ядра, но для точно указанного ядра-мишени и нуклона, это значение – константа. Кинетическая же энергия частицы может быть какой угодно, к примеру, в ядерных реакциях, где налетает нейтрон, за счёт того, что отсутствует отталкивающая сила ядра – кулоновский барьер, их энергия может быть крайне близка к нулю.

Таким образом, кинетическая энергия является минимальной энергией возбуждения составного ядра.

И именно из утверждения наличия составного ядра и существованию каналов распада ядер, можно сделать вывод о существовании каналов реакций. Сами по себе каналы реакции – это способы перехода из возбуждённого в невозбуждённое состояние. Типа и квантовое состояние налетающих частиц и ядер до начала реакции определяют входной канал ядерной реакции, после завершения же реакции совокупность образовавшихся частиц, то есть продуктов реакции и их квантовое состояние определяется результирующий выходной канал реакции. Полная характеристика ядерной реакции осуществляется входными и выходными каналами.

Составное ядро само по себе живёт довольно долгое время, благодаря чему сам выбор канала реакции вовсе не зависит от способа образования составного ядра, благодаря чему оно «забывает», как было образовано. Это становится причиной для утверждения независимости процессов организации составного ядра и его распада. Ярким примером может быть ситуация образования возбуждённого ядра алюминия-27 следующими способами (2).

Но распадается это яро одинаково во всех случаях, при условии одинаковой энергии возбуждения. Но при этом имеется и возможно распада обратным любой из этих реакций, с определённой вероятностью, не зависящей от истории возникновения самого возбуждённого ядра. Если же говорить о вероятности таких событий, то зависимость становится между сортом ядра-мишени и энергий.

Как и было ранее указано, ядерные реакции могут также протекать и по прямому каналу взаимодействия при больших энергиях, поскольку нуклоны ядра можно рассматривать как свободные. Отличие от предыдущей модели составного ядра от модели прямых реакции состоит изначально в распределении векторов импульсов частиц-продуктов ядерной реакции, относительно импульса бомбардирующих частиц. Если же в составной модели действует сферическая симметрия, то в данном случае геометрия более проста и преимущество в выборе направлений результирующими частицами состоит в направлении входящих частиц.

Ранее упоминалось понятие вероятности ядерной реакции, которая представляется величиной, которая называется эффективным сечением ядерной реакции. В лабораторной системе отчёта принимается ситуация покоя ядра-мишени, вероятность взаимодействия определяется произведением сечения на поток падающих частиц, при этом сечение выражается в единицах площади, а поток в количестве частиц, пересекающих единицу площади в единицу времени. Само сечение ядерной реакции исчисляется в крайне малых единицах площади – барнах, равных 10—24 см².

Отношение случаев реакции, отнесённое к числу бомбардировавших мишень частиц, называется выходом ядерной реакции. Эта величина определяется экспериментально при количественных измерений, что связано с сечением реакций, а измерение этого выхода в самой сути – измерения сечения реакции.

Законы физики, в том числе и законы сохранения конечно же действуют и в ядерных реакциях. Эти законы накладывают определённых ограничения на возможность самого осуществления ядерной реакции. Также существуют и некоторые более специфичные законы сохранения, свойственные для микромира, примером таких могут стать закон сохранения барионного или лептонного числа. Они выполняются на всех известных реакциях, но некоторые другие законы сохранения чётности, изоспина, странности, лишь действуют в фундаментальных взаимодействиях. Следствие из них – это правила отбора, определяющие настоящие и невозможные ядерные реакции, которые можно осуществить.

Закон сохранения энергии в ядерных реакциях действуют предсказуемо, но очень специфически для представителей макромира. При этом выполняется равенство сумм полных энергий (3).

Если же расписать (3), то можно получить (4), из которого следует энергия реакции (5), которая удовлетворяет (6).

Таким образом (5), можно переписать и как (7).

Если же выход реакции больше нуля, то это реакция экзо-энергетическая и сопровождается выделением энергии в кинетическую энергию продуктов реакции, в обратном случае – поглощением и называется эндо-энергетической. Регулировка подобного процесс становится понятным и по разности масс до и после реакции и при положительной разности можно сказать, что она превращается в кинетическую энергию и реакция генерирует энергию, в обратном случае, то есть при отрицательной разности, процесс её поглощает.

Также действует и закон сохранения импульса, что очень хорошо заметно при прямых реакциях (8).

Вместе с этим существует и закон сохранения момента импульса и целых ряд иных законов, но самыми основными действующими в реакции, являются эти два закона сохранения.

Но теперь важно остановиться на видах ядерных реакций, а существует их несколько: ядерная реакция деления, синтеза, термоядерная реакция и фотоядерная реакция. Первый вид – ядерная реакция деления, это процесс расщепления атомного ядра на два, а реже на три ядра с близкими ядерными массами, которые называются осколками деления. Также могут возникать и иные продукты реакций, в том числе лёгкие ядра – альфа-частицы, дейтроны, а также нейтроны и гамма-кванты. Деление само по себе спонтанно и самопроизвольно, либо же вынужденное, из-за взаимодействия с другими частицами, к примеру нейтронами. Деление тяжёлых ядер – это в большинстве случаев экзо-энергетический процесс, что позволяет из этого процесса получать энергию из излучения и кинетической энергии продуктов.

Ядерная реакция синтеза – второй ядерный процесс, которые состоит в слиянии двух ядер с образованием нового, более тяжёлого ядра. Такой процесс часто сопутствуется излучением гамма-квантов или других элементарных частиц. Слияние ядер чаще всего эндо-энергетический процесс, из-за чего чаще всего требуется введение энергии через кинетические энергии частиц, чтобы преодолеть кулоновский барьер – электростатическое отталкивание ядер. Слияние двух ядер и придание им энергии может осуществиться, как не сложно догадаться в ускорителях заряженных частиц, либо же эти частицы изначально обладали этой энергией, к примеру частицы космического излучения, но есть ещё один способ – это нагрев вещества до крайне высоких температур в специальном термоядерном реакторе, где кинетическая энергия частиц и температуры крайне огромны.

Таким образом можно подойти и к термоядерным реакциям. В таких реакциях, слияние лёгких ядер приводит к превращению излишней массы первоначальных ядер в энергию, поскольку суммарная масса слившихся ядер больше массы результирующего ядра-продукта реакции.

Из этого можно сделать вывод, что ядерной реакции синтеза исходные ядра должны обладать относительно большой кинетической энергией, ибо они испытывают довольно мощное электростатическое отталкивание при прохождении с их стороны кулоновского барьера. Их кинетическую энергию, по молекулярно-кинетической теории можно представлять в виде температуры всего вещества, следовательно нагрев приведёт к увеличению кинетической энергии составных частиц и их слиянию. Именно так и развивается нуклонный синтез в недрах звёзд с образованием новых ядер под огромной температурой.

В частности, в большом количестве происходит реакция слияния протонов, ядер гелия, а также как побочный результат, образуются и иные изотопы веществ, в том числе дейтерий и тритий, как изотопы водорода. И наконец, последний вид ядерной реакции – фотоядерная реакция, в этом случае происходит поглощение гамма-кванта с достаточной энергией, чтобы возбудить нуклонный состав, то есть ядро, благодаря чему оно становится составным, то есть его можно считать таковым, а также высвобождает из себя иную структуру, либо распадается.

Данный процесс и называется фотоядерной реакцией или ядерным фотоэффектом. И в заключение стоит отметить, что ядерные реакции могут быть записаны как в виде уравнения, как это демонстрировалось ранее, или, к примеру в (9), также имеет место несколько иная запись (10).

По итогу можно сделать о большой важности наличия знаний о самих ядерных реакциях у любого исследователя, контактирующего с данной областью, в том числе и с физикой резонансных ядерных реакций.

И если заметить, то как и было отмечено, ядерная физика развивалась на протяжении многого времени, не говоря о времени, которое потратило человечество, для изучения структуры всей материи и вещества в целом. Но активные исследования привели к совершенно недавнему открытию нового направления в этой области, а именно к физике резонансных ядерных реакций. Впервые подобная терминология была использована и практически продемонстрирована в монографии 2021 года Алиева И. Х. и Шарофутдинова Ф. М. «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», которая в дальнейшем получила своё продолжение.

2. Физика резонансных ядерных реакций

Создателем физики резонансных ядерных реакций, является Алиев И. Х., но на чём же основана эта дисциплина? Она изучает и определяет максимально благоприятные условия для возникновения своего рода скачков мощностей продуктов ядерных реакций, которые и носят название резонансов. Если говорить проще, то, когда проходит ядерная реакция, у неё образуются продукты реакции, о которых говорилось в одной из предыдущих лекций и все обстоятельства, которые приводят к тому, что реакция будет более эффективной и их энергии будут большими и является тем, что изучает физика резонансных ядерных реакций.

Рассмотрим на примере. Пусть на ядро некоторого элемента направляются заряженные частицы, это могут протоны, ионы, электроны, всё что угодно. И при приближении к ядру, возникает явление кулоновского отталкивания, он действует только на одноимённые заряды, а именно на ядра, но не действует на нейтральные частицы, к примеру на нейтроны, хотя сами нейтроны тоже имеют минимальный заряд. Частица тратит какую-то энергию на преодоление кулоновского барьера и остаётся с некоторой её частью, которую она тратит на преодоление самого ядра и дальнейшего прохождения ядерной реакции.

В реакции выделяется соответствующая энергия, если это эндо-энергетическая, за счёт неравности масс, то есть какая-то часть массы превращается в энергию и её уже получают продукты самой реакции – вылетающие частицы, а также они получают ту оставшуюся часть энергии от бомбардировавшей частицы. И общая энергия этих продуктов реакции определяется по соответствующему математическому аппарату, но нам необходим скачок именно мощности.

Мощность – это произведение тока пучка на его энергию, то есть напряжение. Энергия действительно для благоприятных реакций большая и измеряется в МэВ, но ток крайне мал. Нужно каким-то образом его увеличить. Чтобы это сделать, необходимо понять явление вероятности прохождения ядерной реакции. Пучок сам по себе он и волна, и корпускула, то есть частица, согласно корпускулярно-волновому дуализму, о котором можно подробнее узнать из курса квантовой физики, поэтому она имеет свою длину волны де Бройля (1).

И когда частица приближается к ядру, даже если она в неё не попала и не дотронулась до него, если она находится на расстоянии своей длины волны, то взаимодействие будет. Да, действительно, даже не касаясь частица может «удариться» и войти во взаимодействие, таковы законы микромира. Значит, нужно увеличить эту длину волны, а для этого нужно уменьшить импульс, но, чтобы уменьшить импульс, нужно уменьшить скорость.

Но уменьшать скорость нужно так, чтобы частица прошла кулоновский барьер, из этого и можно сделать вывод, что энергия частицы максимально должна быть близкой к кулоновскому барьеру. И здесь, величина кулоновского барьера – это и есть резонансная энергия этой ядерной реакции.

Теперь, как же определить выходящую мощность? Для этого нужно вычислить энергию, что уже просто сделать, но как же определить резонансных ток? Чтобы его определить представим следующее. Пластина-мишень состоит из расположенных атомов и пусть внутрь входит определённое число заряженных частиц. Если расположить на начале мишени систему отсчёта, то можно использовать следующее положение о том, что частицы пройдут некоторую часть мишени, которая начинается на определённой координате и завершается на координате суммы этой координаты и толщины самой части, а толщина равна разности этих координат.

Встаёт вопрос к этому условию: сколько входящих заряженных частиц войдут во взаимодействие? Для этого укажем, что на первой координате имеется N (x) частиц, а на конечной точке N (x) -dN, соответственно, где dN – число взаимодействовавших заряженных частиц.

Определим количество ядер в этом отрезке двух координат – x и x+dx, если толщина между ними dx. Для этого введём значение плотности ядер, которое определяет количество ядер вещества в единице объёма, она определяется как отношение плотности вещества на его атомную массу в кг и изменяется в ядро/м³ (2).

Чтобы определить сколько ядер в указанной точке, достаточно эту величину (2) умножить на объём в этой части пластины, для этого её площадь умножается на толщину и на (2), что указано в (3).

Но чему равна площадь, попав в которую ядро попадёт во взаимодействие? Для одного ядра введём понятие ядерного эффективного сечения, той самой области, а поскольку действия происходят в круге относительно ядра атома, то эта величина определяется по (4).

Таким образом, площадь доступная для взаимодействия составляет (5).

Но отношение этой площади ко всей площади плиты ведь равняется отношению количества всех оставшихся без взаимодействия частиц на общее количество частиц, то есть верно (6).

Теперь, введём численное определение для (6), а для этого проинтегрируем обе части (7) отдельно в (8) и (9), а затем получим общий результат (10).

Отсюда можно получить значение про-взаимодействовавших частиц (11).

А выходящую мощность можно вычислить и благодаря (12).

Откуда и получается скачок в мощности, то есть резонанс при приближении к энергии кулоновского взаимодействия в ядерной реакции. Именно этот процесс и является основной в этом направлении, которая позволяет при калибровке энергии получать резкие скачки в мощностях, а чтобы их осуществить необходимо создание и разработка специальных моноэнергетических ускорителей заряженных частиц с первым линейным ускорением, далее циклотронным.

Сегодня ведётся разработка единственного во всём мире моноэнергетического ускорителя ООО «Electron Laboratory» совместно с Объединённым Институтом Ядерных Исследований и Федеральным Государственным Унитарным Предприятием «Научно-исследовательский Институт Электрофизической Аппаратуры имени Дмитрия Васильевича Ефремова» и других организаций.

Для описания самого ускорителя достаточно привести небольшое цитирование из монографии Алиева И. Х. «Новые параметры по ядерным реакциям для осуществления на ускорителе заряженных частиц ЛЦУ-ЭПД-300»:

«Когда же актуальность проблемы энергетического голода в планетарном масштабе не раз была доказана и продемонстрирована проблема необходимости создания устройства и метода генерации электрической энергии с высокой эффективностью в крайне больших масштабах, что позволяло бы разрешить эту проблему и открыть путь для целого спектра многочисленных проектов и научных работ, нуждающиеся в подобном источнике электрической энергии, становится следующим этапом на пути развития этого большого проекта.

И поскольку проводились необходимые исследования в области поиска подобного источника и метода генерации энергии, то наконец решением были признаны ядерные реакции, которые бы увеличивали собственное сечение, следовательно, как вероятность прохождения самой реакции, так и количество действовавших реакций, что конечно же напрямую связано с общей эффективностью всей ядерной реакции. Что вытекает при учёте, что энергия вылетающих частиц из ядерной реакции, во всём картеже частиц, это общее напряжение, а количество вылетающих частиц, благодаря их заряду создаёт параметр силы тока системы.

Благодаря тому, что энергии подбираются с таким расчётом, что после прохождения кулоновского барьера, частица обладает энергией равной энергии её теплового аналога и уже этот факт увеличивает эффективное сечение всей ядерной реакции, в которое вступает частица, то такие ядерные реакции можно назвать резонансными, благодаря тому, что они вызывают резонанс в системе и только этим увеличивают общую эффективность всего осуществляемого процесса.

Резонансные ядерные реакции, впервые были открыты в сентябре 2021 года, после чего проводились активные исследования, которые привели к ряду публикаций, самым значительным среди которых было произведено в декабре 2021 года, коим является монография Алиева И. Х. и Шарофутдинова Ф. М. «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», к которой привело исследование в области поиска данного метода на протяжении 12 лет, при том учёте, что поиск в области физики атомного ядра и элементарных частиц, а также квантовой физике проходило на протяжении значительных 5 лет. Наименование резонансных ядерных реакций было придано данным системам в январе 2022 года со стороны Каримова Боходира Хошимовича и впервые фигурирует в данном исследований.

Благодаря тому, что актуальность резонансных ядерных реакций быстро вытекает из вышесказанного, то остаётся доказать актуальность того факта, что для осуществления указываемых ядерных реакций необходим ускоритель заряженных частиц, специального типа ЛЦУ (Линейно-циклотронный ускоритель), его класс ЭПД-20, вытекает из параметров, что в нём пучками являются протонные и дейтериевые пучки проекта «Электрон» с энергией до 20 МэВ. Благодаря тому, что энергия должна быть подобрана, к примеру, для обычной ядерной реакции бомбардировки лития-6 с выделением двух альфа-частиц необходимо наличие у протона с энергией 1,613245483 МэВ, и только при этом случае будет допускаться, что конечная энергия протона, после прохождения кулоновского барьера на ядерном радиусе составит 0,25 эВ, благодаря чему протон становится, что называется «тепловым» и эффективное сечение этой ядерной реакции измеряется уже в огромные единицах – кБн.

Но на сегодняшний день на всей планете нет ускорителя класса ЛЦУ, не говоря уже о подробном типа, имея общую кодировку ЛЦУ-ЭПД-20, который смог бы придать энергию протону равную 2,312691131 МэВ для первой, 1,978142789 МэВ для второй, 1,613245483 МэВ для третьей и 4,457595117 МэВ для четвёртой реакции, не потому, что эта энергия не достижима, отнюдь, эта энергия является мизерной в физике ускорителей, поскольку современные ускорители частиц фигурируют с энергиями в ГэВ и ТэВ. Причиной трудно достижимости таких результатов является именно точность, ускорители могут придать энергию в 1 МэВ, 1,5 МэВ или 2 МэВ, то есть конкретные значения, точность которых не превышает 1 или 2 порядков (под порядком имеется ввиду порядок дроби или точнее отрицательная степень основания показательной функции, то есть 10, представленной в модуле), а как видно, для данного эксперимента нужна куда более большая точность.

Важность исследований резонансных ядерных реакций была не раз констатирована в ряде научных статей и проводимых исследованиях, а также для этого была посвящена специальная монография «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», в которой подробно описывались 6 ядерных реакций, в 4 из которых происходил процесс бомбардировки мишени из бериллия, бора, алюминия и лития протонами, а в 2 из них, происходила бомбардировка мишени из лития-6 и лития-7 дейтронами, за счёт чего выделались на ряду с основным продуктом реакции – альфа-частицами, ещё и целый комплекс иных частиц, которые после отклонений в МГД-генераторе представлялись как электрический ток.

Говоря об описанном научном труде, важно отметить, что это была в первую очередь теоретическая работа, в которой имели места расчёты крайне высоких значений в связи с током, когда заряды пучков крайне большие, как и токи, доходя до нескольких кА. И лишь в завершении учитывались более приближённые данные. В данном же случае ведётся расчёт также и в моменте, когда токи малы и более приближены к реальным. Для сравнения, токи в недавно созданном циклотроне ДЦ-280 не доходили до значения в 1 А, а измерялись лишь в мА.

Такие же параметры можно привести и для электростатического ускорителя «ЭГ-2 СОКОЛ», ныне принадлежащий Научно-исследовательскому Институту полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Республики Узбекистан.

Следовательно, для осуществления подобного рода ядерных реакций, когда необходимые особые условия, их необходимо в очередной раз указать и уточнить, максимально приблизив к реальным значениям. Кроме того, если подробно остановится на механизме реакций, получается картина с того, что как указывалось, важно наличие специального устройства – ускорителя заряженных частиц, который мог бы придавать большую энергию в размере нескольких МэВ, для заряженной частицы. После чего данная частица наталкивалась бы на мишень определённого вещества, благодаря чему и проходила определённая ядерная реакция. При этом происходит целый ряд процессов, одним из которых является преодоление кулоновского барьера, то есть даже если ядерная реакция происходит с выходом энергии, частица для осуществления этого действия всё равно должна затратить некоторую энергию, но если подобрать общую комбинацию следующим образом, чтобы затрачивалось такое количество энергии, благодаря чему в конечном итоге оставалось малое количество энергии, превращая налетающую частицу в медленную, то вероятность прохода этой реакции резко увеличивается до не малых значений, уже после кулоновского барьера, когда кулоновские силы уже не учитываются и процесс проходит на ядерном радиусе, как и было указано.

Таким образом актуально создание ЛЦУ, который придавал бы энергии заряженным частицам с 9—10 порядком, что значительно увеличивает эффективность всей исследуемой системы и приводит к более точному определению кулоновского и иных барьеров любой реакции. При этом данный ЛЦУ, имеет целый ряд преимуществ наряду со всеми имеющимися ускорителями, поскольку для начала, является комбинацией двух классов ускорителей: циклических и линейных.

Говоря же об ускорителях, важно отметить, что ускорители сами по себе просты, в них частицы ускоряются под действием электрического поля, на этом основан весь принцип. Также нельзя и усомниться в том, что наконец пришло время для реакции первых резонансных ядерных реакций на первом ЛЦУ. Ведь если прибегать к истории, то, к примеру, самый первый ускоритель был построен в 1930 году Лоуренсом Беркли. Первыми ускорителями считаются ускорители 1931 годов, когда был создан 23 см кольцевой циклотрон в Калифорнийском университете на ускорение водородных ионов с энергией в 1 МэВ. Также был разработан в 1932 году 28 см кольцевой протонный циклотрон на энергию в 1,2 МэВ в Беркли. Там же в Калифорнийском университете, Беркли разработаны действующий с 1932 по 1936 гг. 68 см кольцевой дейтериевый циклотрон на энергию 4,8 МэВ; действующий с 1937 по 1938 гг. 94 см кольцевой дейтериевый циклотрон на 8 МэВ; с 1939 г. по нынешнее время действующий 152 см кольцевой тритиевый циклотрон на 16 МэВ; с 1942 г. по нынешнее время действующий 467 см кольцевой циклотрон для различных заряженных частиц на энергию более 100 МэВ. Вместе с этим в 1932 году в Кавендишской лаборатории был сконструирован протонный электростатический протонный ускоритель на энергию 0,7 МэВ Кокрофта-Уолтона, действующий благодаря умножителю напряжения Эрнеста Томаса Синтона Уолтона и сэра Джона Дугласа Кокрофта (лауреатов 1951 г.), уже более известный также как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Также известны ускорители Гарварда (1949—2002), Национальной лаборатории Оук-Ридж (1943-н.в.) для протонов и ядер урана с энергиями от 160 МэВ. Также создавались синхротроны известные как космотрон в Брукхейвенской национальной лаборатории, 1953—1968 гг. 72 метра для протонов в 3,3 ГэВ, также Бирменгемский сихротрон, беватро, ускоритель «Сатурн», Российский синхрофазотрон в Дубне, Протонный циклотрон в ЦЕРН. Перечисление ускорителей может быть довольно долгим процессом, не говоря уже об описании каждого, благодаря разности их видов, характеристик и физики. Поэтому нет места для сомнений в прохождении достаточно пути в данной сфере со стороны мировой науки, чтобы начались исследования и работы в конструировании новейшего циклотрона резонансного типа.

Целью данной научно-исследовательской работы является полная разработка ускорителя заряженный частиц «ЛЦУ-ЭПД-20» (линейно-циклотронный ускоритель протон-дейтериевого циклотрона для проекта «Электрон» с энергией до 20 МэВ, с высоким порядком), для подробного исследования резонансных ядерных реакций.

Задачами данного исследования являются:

· Изучение общей системы работы, физики и истории ускорителей;

· Разработка электрической системы ускорения (ВЧ-система);

· Вычисление параметров и алгоритма создания магнитной системы;

· Изучение вакуумной системы и разработка метода достижения необходимого уровня вакуума;

· Разработка системы контроля действия ускорителя и придачи необходимого уровня энергии;

· Разработка механизма и физики детектирования получаемых результатов;

· Создание технологии математического моделирования системы ускорителя заряженных частиц;

· Описание вариаций работы на ускорителе на примерах резонансных ядерных реакций.

Объектом данного исследования является ускоритель заряженных частиц ЛЦУ-ЭПД-20 резонансного типа.

Предметом исследования является изучение процесса создания ускорителя заряженных частиц резонансного типа, и технология проведения на данном ускорителе экспериментов.

Для данного исследования были применён инструментальный, эмпирический и теоретический метод исследования (с некоторыми оговорками), что выдало необходимые важные результаты.

Научная новизна данной исследовательской работы заключается в следующем:

· Первое слияние двух классов ускорителей: циклотронного и линейного, в итоге чего образуется система ЛЦУ;

· Впервые разрабатывается система, действующая в масштабе 9—10 порядков;

· Открыта возможность к проведению экспериментов с значениями энергий в 3 единиц 11—12 порядок, благодаря варьированию значения до 20 МэВ;

· Первое применение возможности проведения ядерных реакций на протонах и дейтронах с оперированием кулоновскими барьерами на любых ядрах;

· Единственное устройство на планете за всю историю человечество с такой критической точностью эксперимента;

· Указание в качестве первого исследования в области физики резонансных ядерных реакций;

· Первое представление ускорителя заряженных частиц в качестве источника электрической энергии;

· Единственные исследования в качестве ускорителя без перехода к методу генерации электрической энергии с переходом в котлованный механизм;

· Огромный объём генерируемой электрической энергии;

· Возможность перехода на высшие ядра (с 119 ядра).

Говоря о новизне данного исследования, наряду с множеством пунктом, которые в данном случае приводятся лишь частично, важно уточнить тот факт, что особенностью ускорителя, создаваемого для научно-исследовательской лаборатории при проекте «Электрон» ЛЦУ-ЭПД-20 является точность. Именно возможность придавать дуантам определённое напряжение, что при проходе через щели электрического поля, где и осуществляется ускорение пучка, ускоряется только на некоторое число, которая является лишь частью конечной энергии.

Как можно указать в самом названии реакции, необходимо вызвать резонанс, но не из-за частного «совпадения», а именно из-за энергетического подхода, как это описывалось ранее, но будет ещё более подробно описываться в последующих главах, где изначально приводится история ускорительной техники, затем разрабатывается основной физический и математический аппарат, позволяющий уже оперировать с образующимися системами ускорения пучка.

Практические результаты заключатся в следующем:

· Разработана целая программа по реализации ЛЦУ-ЭПД-20;

· Вычислены все необходимые данные ЛЦУ-ЭПД-20;

· Получена вся физика и методы работы для нового ЛЦУ-ЭПД-20;

· Разработана технология создания ускорителя ЛЦУ-ЭПД-20;

· Выражены отличительные черты резонансных ускорителей;

· Разработан проект научно-исследовательской лаборатории при новом проекте «Электрон» с использованием ЛЦУ-ЭПД-20;

· Разработана концепция научно-исследовательской лаборатории при проекте «Электрон» с использованием ЛЦУ-ЭПД-20;

· Опубликована монография «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“» с описанием 1 этапа исследования проекта «Электрон»;

· Планируется публикация целого списка монографий для подробного описания проекта ускорителя ЛЦУ-ЭПД-20;

· Разработана «Дорожная карта» проекта «Электрон».

Достоверность результатов основана на том, что будут использованы общепринятые математические, физические и иные операции. А также будут использованы экспериментальные данные, полученные в различных лабораториях и научно-исследовательских центрах, а также из практики учёных, по созданию такого рода ускорителей.

Данное исследование было не раз обсуждено на собрании докторов и кандидатов физико-математических наук Ферганского Государственного Университета, рецензентов монографии по 1 этапу проекта «Электрон», учёных Ферганского Политехнического Института, а также при контакте-обсуждении с доктором технических наук, доцентом научно-исследовательского института физики полупроводников и микроэлектроники Национального Университета Узбекистана.

Результаты проводимого исследования опубликованы в научных статьях в международных журналах «Точная Наука», «Молодой учёный» и некоторых других, в данной монографии и в монографии Алиева И. Х. и Шарофутдинова Ф. М. «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект «Электрон»», опубликованная ещё в 2021 году, рецензентами для которой стали доктор физико-математических наук, профессор физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Отажонов Салим Мадрахимович, доктор технических наук, доцент научно-исследовательского института физики полупроводников и микроэлектроники Национального Университета Узбекистана Кулдашев Оббос Хакимович, кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Каримов Боходир Хошимович, кандидат физико-математических наук, доцент физико-математического факультета Ферганского Политехнического Института Абдурахмонов Султонали Мадрахимович, доктор философии по физико-математическим наукам, старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Зайнолобидинова Сапура Маликовна, старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Юлдошалиев Дилшод Кулдошалиевич».

Именно так на данный момент выглядит проект первого в мире ускорителя резонансного типа ЛЦУ-ЭПД-20. А после проведения всего проекта «Электрон» можно достичь осуществления грандиозной работы, которая открывает новые возможности, делает целое государство полностью энергетически независимым, потому что этих 17,56 ГВт*ч электрической энергии более чем достаточно для обеспечения всей Республики Узбекистан на 174,4%, благодаря чему может появиться новая отрасль инфраструктуры являющаяся направлением энергетического экспорта со стороны государства, что также приведёт к улучшению и развитию государственной экономики и не только в промышленном смысле, но также и в самом настоящем научном!

В. English version

1. General concepts of nuclear reactions

By itself, a nuclear reaction is the process of interaction of an atomic nucleus with another nucleus or elementary particle, which may be accompanied by a change in the structure, structure, composition of the nucleus, the formation of new nuclei or elementary particles and the introduction of further changes. Also, the consequence of a nuclear reaction can be its fission, the descent of both elementary particles and massless protons. At the same time, due to the action of several other laws, under which mass can actively be converted into energy and vice versa, the kinetic energy of the resulting particles may well not be equal to the sum of the original ones.

Such nuclear reactions are exo-energetic or energy-releasing. The first nuclear reaction was carried out by Ernest Rutherford in 1917, when alpha particles bombarded the nuclei of nitrogen atoms. It was completely fixed due to the appearance of secondary ionizing particles, whose mileage in the gas was greater than the mileage of alpha particles, after which they were identified as protons. The process was later photographed.

By the way, about this, it is important to say that a Wilson camera is used to photograph nuclear reactions. Speaking about the mechanisms of interaction, we can distinguish two types of such interaction, namely:

1. Reaction with the formation of a composite nucleus, this process consists of two stages, while the incoming particle combines with the bombarded nucleus itself, forming a common core, which later decays. Such a nuclear reaction proceeds at low energies, up to 10 MeV;

2. Direct nuclear reactions that take place immediately, in nuclear time, which is the smallest fractions of a second and are calculated based on other factors, one of which is the time of crossing the nucleus by a particle. Basically, this type of reaction is expressed only at very high energies of the bombarding particles.

If the original nuclei are preserved after the nuclear reaction itself, no new particles are also born, then the reaction is considered elastic scattering in the field of nuclear forces, without any internal interaction. Such a reaction is accompanied only by the transfer of kinetic energy and momentum of one incoming particle to the target nucleus, being called potential scattering and fully obeying the laws of conservation of momentum in this case.

The reaction mechanisms were mentioned earlier, but it is worth dwelling on them in more detail. The first reaction, namely the mechanism of the composite nucleus, was first developed and proposed by Niels Bohr in 1936 together with the famous theory of the droplet model. This theory even today underlies the great ideas about all nuclear reactions.

If we follow this theory, then, as described, the nuclear reaction follows in two stages, while the entire process from collision, formation of a composite nucleus and its decay takes within 10-23-10-21 seconds. And it is important to note that whatever the composite nucleus is, it is always excited due to the excess energy that is introduced by the particle in the face of the binding energy of nucleons in the composite nucleus and part of the kinetic energy of the composite nucleus, which is equal to the sum of the kinetic energy of the target nucleus with a certain large mass number and the incident particle in the system of the so-called the center of inertia.

Here it is important to define such a concept as the excitation energy of a composite nucleus, which was formed during the absorption of a free nucleon. It is the sum of the binding energy of the nucleons of the target nucleus and part of its kinetic energy (1).

Part of the kinetic energy due to the large difference in the masses of the nucleus and the nucleon in such cases becomes equal to the kinetic energy of the bombarding nucleon. On average, the binding energy is equal to 8 MeV and can change only with the distinctive features of the composite nucleus formed in this process, but for the precisely specified target nucleus and nucleon, this value is a constant. The kinetic energy of a particle can be anything, for example, in nuclear reactions where a neutron strikes, due to the fact that there is no repulsive force of the nucleus – the Coulomb barrier, their energy can be extremely close to zero.

Thus, the kinetic energy is the minimum excitation energy of the composite nucleus.

And it is from the statement of the presence of a composite nucleus and the existence of nuclear decay channels that we can conclude about the existence of reaction channels. The reaction channels themselves are the ways of transition from an excited to an unexcited state. The type and quantum state of the incoming particles and nuclei before the start of the reaction determine the input channel of the nuclear reaction, after the completion of the reaction, the totality of the formed particles, that is, the reaction products and their quantum state is determined by the resulting output channel of the reaction. The complete characterization of the nuclear reaction is carried out by input and output channels.

The composite nucleus itself lives for quite a long time, due to which the choice of the reaction channel itself does not depend at all on the method of formation of the composite nucleus, due to which it «forgets» how it was formed. This becomes the reason for the assertion of the independence of the processes of the organization of the composite core and its disintegration. A striking example can be the situation of the formation of an excited aluminum-27 nucleus in the following ways (2).

But it decays violently in the same way in all cases, provided that the excitation energy is the same. But at the same time, there is also a possibility of reverse decay of any of these reactions, with a certain probability that does not depend on the history of the origin of the excited nucleus itself. If we talk about the probability of such events, then the dependence becomes between the grade of the target nucleus and the energies.

As previously indicated, nuclear reactions can also proceed through a direct channel of interaction at high energies, since the nucleons of the nucleus can be considered as free. The difference from the previous composite core model from the direct reaction model initially consists in the distribution of the momentum vectors of the particles-products of the nuclear reaction, relative to the momentum of the bombarding particles. If spherical symmetry operates in the composite model, then in this case the geometry is simpler and the advantage in choosing the directions of the resulting particles is in the direction of the incoming particles.

Earlier, the concept of the probability of a nuclear reaction was mentioned, which is represented by a quantity called the effective cross section of a nuclear reaction. In the laboratory system of the report, the resting situation of the target nucleus is taken, the probability of interaction is determined by the product of the cross section by the flow of incident particles, while the cross section is expressed in units of area, and the flow in the number of particles crossing the unit area per unit time. The cross section of the nuclear reaction itself is calculated in extremely small units of area – barns equal to 10—24 cm².

The ratio of reaction cases attributed to the number of particles bombarding the target is called the yield of a nuclear reaction. This value is determined experimentally by quantitative measurements, which is associated with the cross—section of reactions, and the measurement of this output is in essence the measurement of the reaction cross-section.

The laws of physics, including conservation laws, of course also apply in nuclear reactions. These laws impose certain restrictions on the possibility of carrying out a nuclear reaction itself. There are also some more specific conservation laws peculiar to the microcosm, an example of such can be the law of conservation of the baryon or lepton number. They are performed on all known reactions, but some other laws of parity conservation, isospin, strangeness, only act in fundamental interactions. The consequence of them is the selection rules that determine the real and impossible nuclear reactions that can be carried out.

The law of conservation of energy in nuclear reactions acts predictably, but very specifically for representatives of the macrocosm. In this case, the equality of the sums of the total energies (3) is fulfilled.

If we paint (3), then we can get (4), from which follows the reaction energy (5), which satisfies (6).

Thus (5) can also be rewritten as (7).

If the reaction yield is greater than zero, then this reaction is exo-energetic and is accompanied by the release of energy into the kinetic energy of the reaction products, in the opposite case – absorption and is called endo-energetic. The adjustment of such a process becomes clear both by the mass difference before and after the reaction, and with a positive difference, we can say that it turns into kinetic energy and the reaction generates energy, in the opposite case, that is, with a negative difference, the process absorbs it.

The law of conservation of momentum also applies, which is very noticeable in direct reactions (8).

At the same time, there is a law of conservation of momentum and a number of other laws, but the most basic ones acting in the reaction are these two conservation laws.

But now it is important to focus on the types of nuclear reactions, and there are several of them: nuclear fission reaction, fusion, thermonuclear reaction and photonuclear reaction. The first type is a nuclear fission reaction, this is the process of splitting an atomic nucleus into two, and less often into three nuclei with close nuclear masses, which are called fission fragments. Other reaction products may also occur, including light nuclei – alpha particles, deuterons, as well as neutrons and gamma quanta. Fission itself is spontaneous and spontaneous, or forced, due to interaction with other particles, for example neutrons. The fission of heavy nuclei is in most cases an exo—energetic process, which makes it possible to obtain energy from radiation and kinetic energy of products from this process.

The nuclear fusion reaction is the second nuclear process, which consists in the fusion of two nuclei to form a new, heavier nucleus. This process is often accompanied by the emission of gamma rays or other elementary particles. Fusion of nuclei is most often an endo-energetic process, which most often requires the introduction of energy through the kinetic energies of particles in order to overcome the Coulomb barrier – the electrostatic repulsion of nuclei. The fusion of two nuclei and giving them energy can be realized, as it is not difficult to guess in charged particle accelerators, or these particles originally possessed this energy, for example, cosmic radiation particles, but there is another way – it is heating matter to extremely high temperatures in a special thermonuclear reactor, where the kinetic energy of particles and temperatures are extremely huge.

In this way, it is possible to approach thermonuclear reactions. In such reactions, the fusion of light nuclei leads to the conversion of the excess mass of the original nuclei into energy, since the total mass of the merged nuclei is greater than the mass of the resulting nucleus-the reaction product.

From this it can be concluded that the nuclear fusion reaction of the initial nuclei must have a relatively large kinetic energy, because they experience a rather powerful electrostatic repulsion when passing from their side of the Coulomb barrier. According to the molecular kinetic theory, their kinetic energy can be represented as the temperature of the entire substance, therefore heating will lead to an increase in the kinetic energy of the composite particles and their fusion. This is how nucleon synthesis develops in the bowels of stars with the formation of new nuclei under enormous temperatures.

In particular, the fusion reaction of protons and helium nuclei occurs in large quantities, and as a side result, other isotopes of substances are formed, including deuterium and tritium, as isotopes of hydrogen. And finally, the last type of nuclear reaction is a photonuclear reaction, in which case a gamma quantum is absorbed with sufficient energy to excite the nucleon composition, that is, the nucleus, so that it becomes composite, that is, it can be considered as such, and also releases a different structure from itself, or decays.