Мюонны каталіз

Мюонны каталіз ядзерных рэакцый сінтэзу (Шаблон:Lang-en) заключаецца ў наступным: адмоўна зараджаны мюон (нестабільная часціца з часам жыцця τШаблон:Su = 2,2 · 10Шаблон:Su с і масай mШаблон:Su = 206,769 mШаблон:Su), трапляючы ў сумесь ізатопаў вадароду, утварае там мезаатамы pμ, dμ і tμ, якія, сутыкаючыся затым з малекуламі НШаблон:Su, DШаблон:Su і ТШаблон:Su (а таксама HD, НТ і DT), утвараюць мезамалекулы ppμ, pdμ, ptμ, ddμ, dtμ і ttμ (ці, дакладней, мезамалекулярныя іоны (ppμ)Шаблон:Su, (pdμ)Шаблон:Su і т. д.).

Паколькі мюон прыкладна ў 207 разоў цяжэй электрона, то памеры мезамалекул у столькі ж разоў менш памераў малекулярных іонаў HШаблон:Su, HDШаблон:Su і т. д., у якіх ядры аддаленыя адно ад аднаго ў сярэднім на адлегласць у дзве атамныя адзінкі ~2a₀ = 2h²/m_ee² ~10⁻⁸ см. У мезамалекулах ядры аддаленыя на адлегласць прыкладна ў дзве мезаатамныя адзінкі ~2a_μ = 2h²/m_μe² ~5Шаблон:E см. На такую адлегласць збліжаюцца ядры ізатопаў вадароду пры кінетычнай энергіі ~3 кэВ, што адпавядае ~30 мільёнам градусаў, што параўнальна з тэмпературай, дасягнутай у сучасных тэрмаядзерных устаноўках.

Пасля ўтварэння мезамалекул ddμ, dtμ і ttμ вельмі хутка, за час τ = 10Шаблон:Su — 10Шаблон:Su с, адбываецца зліццё іх ядзер за кошт моцнага ўзаемадзеяння ў рэакцыях

$\mathrm{D}+\mathrm{D}\to \mathrm{p}+\mathrm{T}+4,032\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

$\mathrm{D}+\mathrm{D}\to \mathrm{n}+{}^3\mathrm{H}\mathrm{e}+3,268\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

$\mathrm{D}+\mathrm{T}\to \mathrm{n}+{}^4\mathrm{H}\mathrm{e}+17,589\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

$\mathrm{T}+\mathrm{T}\to 2\mathrm{n}+{}^4\mathrm{H}\mathrm{e}+11,332\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

У мезамалекулах pdμ і ptμ параўнальна малая скорасць (~ 10Шаблон:Su сШаблон:Su) рэакцый

$\mathrm{p}+\mathrm{D}\to {}^3\mathrm{H}\mathrm{e}+\gamma +5,4\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

$\mathrm{p}+\mathrm{T}\to {}^4\mathrm{H}\mathrm{e}+\gamma +19,814\mathrm{M}\mathrm{e}\mathrm{V}$

вызначаецца электрамагнітным узаемадзеяннем.

Паколькі гэтыя рэакцыі ў мезамалекулах ідуць у прысутнасці мюона μШаблон:Su, то для кожнай з іх магчымыя два зыходы, а менавіта, мюон можа ці вызваліцца, ці ўтварыць мезаатам гелію. Свабодны мюон можа ініцыяваць наступную рэакцыю сінтэзу, а мюон, захоплены ядром гелію (альфа-часціцай) — не. Такім чынам, лік рэакцый сінтэзу XШаблон:Su, якія ініцыююцца адным мюонам, абмежаваны велічынёй каэфіцыента прыліпання мюона да гелію (~ 0,5 — 1 %). Эксперыментальна ўдалося атрымаць значэнні XШаблон:Su ~ 100, гэта значыць адзін мюон здольны вызваліць энергію ~ 100 × 20 МэВ = 2 ГэВ. Але гэта велічыня ўсё ж меншая, чым энергетычныя затраты на вытворчасць самога мюона на паскаральніку (5-10 ГэВ для пучка дэйтронаў). Такім чынам, мюонны каталіз пакуль энергетычна нявыгадны працэс. Камерцыйна выгадная вытворчасць энергіі магчыма пры XШаблон:Su ~ 104.

Таксама прапаноўвалася выкарыстанне мюоннага каталізу для ядзернага размнажэння шляхам атрымання вялікага патоку нейтронаў у кіруемай тэрмаядзернай рэакцыі і наступнай трансмутацыі U-238 у Pu-239.