Термоядерный синтез

Слияние легких ядер в более тяжелое ядро сопровождается выделением еще большей энергии (в расчете на один нуклон), чем при делении тяжелых ядер. Например, в термоядерной бомбе протекает реакция синтеза дейтерия и трития (изотопы водорода, почему и бомбу часто называют водородной):

При этом выделяется энергия, равная 17,6 МэВ, т.е. 3,5 МэВ на нуклон. При делении же ядра урана освобождается всего лишь 0.85 МэВ на нуклон.

Слиянию ядер существенно препятствует кулоновский барьер, обусловленный сильным взаимным отталкиванием одноименных электрических зарядов. Преодолеть кулоновский барьер можно повышением температуры легких ядер до миллионов градусов, что в водородной бомбе достигается путем предварительного взрыва обычной атомной бомбы, при котором температура доходит до 107 К.

В окружающем нас мире непрерывно происходит синтез легких ядер. Например, основным источником энергии Солнца и других звезд, внутри которых температура достигает 107—108 К, является синтез ядер водорода в ядра гелия.

К сожалению, упомянутые термоядерные реакции неуправляемы. Для осуществления управляемой реакции синтеза необходимо создать и поддерживать в некотором объеме температуру порядка 108 К, при которой все тела превращаются в полностью ионизированную плазму. В принципе, удерживать некоторое время разогретую плазму без соприкосновения со стенками можно с помощью магнитного поля особой конфигурации, в котором частицы плазмы можно заставить двигаться по некоторым траекториям в пределах ограниченного объема.

Изучение комплекса проблем, связанных с созданием управляемого термоядерного реактора, проводится во всем мире, ведь в случае удачи человечество может получить практически неисчерпаемый источник энергии. Пожелаем всем нам успеха на этом пути!

Некоторые перспективы

Существует проект международного экспериментального термоядерного реактора — ИТЭР (ITER). Цель проекта — изучение физических и технологических проблем на пути создания действующего термоядерного реактора. Уже выбрано место для строительства экспериментального реактора — исследовательский центр Када- раш (фр. Cadarache) на юге Франции. Весьма солиден список стран- участниц проекта: страны Евросоюза, США, Канада, Япония, Китай, Индия, Республика Корея и, разумеется, Россия.

Стоимость проекта оценивается примерно в 15 млрд долл, (по состоянию на 2010 г.).

ITER относится к термоядерным реакторам типа «токамак». Реализуется реакция синтеза дейтерия и трития, приведенная в параграфе 3.12.

Россия занимает одну из ключевых позиций в реализации международного проекта ИТЭР. Вклад России в проект ИТЭР заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования, основных систем реактора, что составляет 10% от стоимости сооружения реактора по техническому проекту.

Завершение строительства и начало первых экспериментов с плазмой намечено на 2019 г. В целом сооружения ITER будут представлять собой 60-метровый колосс весом 23 тыс. т.

Официальный международный сайт проекта ITER: www.iter.org.

Официальный российский сайт проекта ИТЕР: www.iterrf.ru.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Сформулируйте два постулата специальной теории относительности: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.
  • 2. Можно ли пользоваться преобразованиями Галилея при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую или правильнее пользоваться преобразованиями Лоренца?
  • 3. Понятие одновременности в действительности является абсолютным или относительным?
  • 4. Время в разных системах отсчета течет одинаково или неодинаково?
  • 5. Пространство и время являются взаимосвязанными или независимыми друг от друга?
  • 6. Чему равна энергия неподвижной частицы с массой т?
  • 7. Какова модель атома по Резерфорду?
  • 8. В чем суть двух постулатов Бора?
  • 9. Сформулируйте гипотезу де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме.
  • 10. Применимо ли понятие траектории к микрочастицам? В чем суть соотношения неопределенностей Гейзенберга?
  • 11. В чем заключается физический смысл волновой функции?
  • 12. Позволяет ли уравнение Шредингера найти волновые функции частиц, движущихся в различных силовых полях?
  • 13. Какие квантовые числа описывают состояние электрона в атоме?
  • 14. О чем говорит принцип Паули?
  • 15. Что такое вынужденное или индуцированное излучение и каковы его особенные свойства?
  • 16. Что такое инверсная населенность энергетических уровней?
  • 17. Опишите принцип действия рубинового лазера.
  • 18. Из каких частиц состоит атомное ядро? Стабильны ли эти частицы в свободном состоянии?
  • 19. Что называют энергией связи атомного ядра? Что такое удельная энергия связи нуклона в ядре?
  • 20. Назовите два энергетически выгодных процесса использования ядерной энергии.
  • 21. Из чего состоит активная зона простейшего уран-графитового реактора? Какова роль замедлителя? Как отводится энергия из активной зоны?
  • 22. Приведите пример реакции термоядерного синтеза дейтерия и трития.
  • 23. Как можно удержать плазму, разогретую до миллионов градусов, без уничтожения (испарения) стенок конструкции?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >