Условия термоядерной реакции - раздел Образование, Требования к оформлению контрольных заданий и разъяснения по использованию таблиц
Ядерные Реакции, В Которых Из Лёгких Ядер Образуются Более Тя...
Ядерные реакции, в которых из лёгких ядер образуются более тяжёлые ядра, называются реакциями термоядерного синтеза (термоядерными реакциями). При синтезе суммарная масса исходных ядер, превышает массу образовавшегося ядра, в результате выделяется энергия. Например, ядра дейтерия D (
) при слиянии образуют ядро гелия 
. Расчёты показывают, что два грамма дейтерия выделяют 1013 Дж энергии. Особенно благоприятными по ряду причин оказались условия синтеза ядер тяжёлых изотопов водорода - дейтерия и трития: 
. Для того, чтобы произошла термоядерная реакция надо положительно- заряженные ядра сблизить настоль малые расстояния, чтобы между ними возникли ядерные силы, для преодоления кулоновского отталкивания ядер, нужно сообщить им огромную энергию, нагреть вещество до температуры 107 К. В водородной бомбе, в которой осуществляется написанная выше реакция, высокая температура достигается за счёт взрыва атомной бомбы, при ко тором получается температура 10 млн. град. Взрыв водородной бомбы представляет собой не управляемую термоядерную реакцию: энергия выделяется в огромном количестве в одно мгновение и ее можно использовать только для разрушения. Однако человечеству необходима управляемая термоядерная реакция, т.е. реакция, в ходе которой энергию можно было бы отбирать в нужном количестве в нужное время. Такая реакция очень выгодна, поскольку запасов дейтерия и трития хватит практически на неограниченное время, тогда как запасы источников энергии, которыми пользуемся в настоящее время (нефть, газ, уголь) ограничены.
Условие, необходимое для протекания термоядерной реакции, было сформулировано физиком Лоусоном (критерий Лоусона). Оно записывается как
для реакции 
для реакции 
,
где n - концентрация частиц, т.е. число частиц в одном см3,
- время их удержания вместе в секундах.
Эти соотношения отражают необходимость сохранения высокой плотности частиц при упомянутой высокой температуре (порядка нескольких десятков миллионов градусов) в течение определённого времени. Из этого соотношения, кстати, видно, что реакция синтеза ядра гелия из дейтерия и трития более выгодна, чем из двух ядер дейтерия, поскольку накладываемые требования в первом случае менее жесткие.
Реакция термоядерного синтеза не взрывного характера осуществлена природой на Солнце и звёздах, где достигается температура в миллионы градусов. При таких высоких температурах возникает особое состояние вещества - плазма. Высокотемпературная плазма представляет собой сильно ионизированный газ, в котором ядра и электроны существуют независимо друг от друга. Степень ионизации плазмы очень велика, благодаря чему плазма является хорошим проводником.
Таким образом, для осуществлены управляемой термоядерной реакции нужно создать высокотемпературную плазму, которую надо ещё удержать? Частицы, обладая колоссальной кинетической энергией, стремятся сразу же разлететься, а в природе нет такого материала, который бы выдерживал миллионы градусов. Для удержания плазмы физики предположили два пути решения этой задачи. Первый путь заключается в удержании плазмы с помощью магнитного поля. Если на газоразрядную трубку наложить магнитное поле, совпадающее по направлению с электрическим полем, то в такой трубке возникает плазменный шнур. Заряженные частицы плазмы под действием силы Лоренца будут описывать спиральные траектории вокруг магнитных силовых линий. Чем сильнее магнитное поле, тем меньше радиус плазменного шара. Сила, которая действует на ток заряженных частиц, со стороны магнитного поля и есть причина образования шнура, не соприкасающегося со стенами газоразрядной трубки; плазма, как бы висит в вакууме. Наибольший успех достигнут на установках, получивших название токамак. В этих установках удалось разогреть плазму до 60 миллионов градусов и добиться слияния ядер дейтерия и трития. Пока не удаётся удержать плазму длительное время, но исследования в этом направлении продолжаются. Второе направление - это создание управляемого термоядерного синтеза с помощью лазерного излучения. Самые мощные лазеры могут разогреть вещество с помощью короткого импульса до температуры 50 млн, град. Поэтому появилась возможность осуществить термоядерную реакцию в виде микровзрыва, даже без использования удерживающего плазму магнитного поля, так как реакция протекает быстро и дейтерий с тритием не успевают разлететься. В этом случае технически реакция осуществляется воздействием мощного лазерного импульса на твёрдую замороженную таблетку из дейтерия и трития. Такие эксперименты уже осуществлены и термоядерная реакция проходила. Однако число прореагировавших ядер мало и технически воплотить эту идею пока не удаётся.
Все темы данного раздела:
Требования к оформлению контрольных заданий и разъяснения по использованию таблиц.
Настоящее учебно – методическое пособие соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 080401 «Товарове
Критерии оценивания индивидуальных заданий
В каждом модуле студент должен решить и защитить 3 задачи. Одна задача оценивается в 20 баллов.
20 баллов
Задача решена верно.
Модели атомного ядра
Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории - с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда - Бора. Но созданию этой
Строение ядра
Ядро – центральная часть атома, в которой сосредоточена практически вся масса атома и его положительный заряд.
Наряду с термином ядро атома часто используется также термин
Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами.
Пример: изотопы урана
Всего известно около 300
Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Zе, называются изобарами.
Пример:
Спин ядра и его магнитный момент
Собственный момент импульса ядра – спин ядра - векторная сумма спинов нуклонов (равен ½) и орбитальных моментов импульса нуклонов (момента импульса, обусловленных движением нуклонов
Ядерные силы
В состав ядра кроме нейтронов входят положительно заряженные протоны и они должны бы отталкиваться друг от друга, т.е. ядро атома должно бы разрушиться, но этого не происходит. Оказ
Радиоактивность
Открытие рентгеновских лучей произошло 8 ноября 1895г. Сообщение об открытии датировано 28 декабря. Более полутора месяцев ученый тщательно исследовал неведомые лучи. Ему удалось установить, что он
Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.
В 1934 году Фредерик Жолио и Ирен Кюри сообщили об открытии ими нового вида радиоактивности. Им удалось доказать методом камеры Вильсона, что некоторые легкие элементы (бериллий, бор, алюминий) исп
Закон радиоактивного распада
Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернееядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в осн
Метод определения периода полураспада радиоактивного изотопа
Из соотношения (6.1) скорость радиоактивного распада запишется так:
Активность радиоактивного препарата
Активность любого радиоактивного препарата, в котором ежесекундно распадается N радиоактивных атомов, выражается формулой
Радиоактивный распад
Альфа-распадом называется испускание ядрами некоторых химических элементов
Ядерными реакциями называют процессы превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействием друг с другом или с элементарными частицами.
При записи ядерной реакции слева пишется сумма исходных частиц, затем ставится стрелка, а за ней сумма конечных продуктов. Например,
Энергия ядерной реакции
Энергия ядерной реакции (или тепловой эффект реакции)
Реакция деления тяжелых ядер
Тяжелые ядра при взаимодействии с нейтронами могут разделяться на две приблизительно равные части – осколки деления. Такая реакция называется реак
Биологическое действие радиоактивных излучении
Излучения радиоактивных веществ оказывают очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,00
Доза излучения
Воздействие излучений на живые организмы характеризуется дозой излучения.
Экспозиционная доза Х ионизирующего излучения - суммарный заряд, образ
Элементарные частицы и современная физическая картина мира
При введении понятия элементарных частиц первоначально предполагалось, что есть первичные, далее неделимые частицы, из которых состоит вся материя. Таковыми вплоть до начала 20 века с
Лептоны. Адроны. Кварки
Все лептоны не участвуют в сильном взаимодействии и имеют спин . Известно три заряженных ле
Античастицы
В микромире каждой частице соответствует античастица. Например, первая античастица – позитрон (антиэлектрон) была обнаружена в 1935 г., его заряд равен +е. В вакууме позитрон столь же стабил
Цепная реакция
Установлено, что при бомбардировке ядер урана нейтронами происходит распад ядра на две примерно равные части. Отметим три важные особенности таких реакций:
1. Легко делятся ядра одного из
Атомные электростанции
Если в атомной бомбе происходит неуправляемая цепная реакция, то в созданных ядерных реакторах она носит управляемый характер. Суть управляемой реакции заключается в том, что создаю
Методы регистрации заряженных частиц
В настоящее время хорошо установлено, что ядро атома имеет сложную структуру и состоит из протонов и нейтронов. Из рассмотрения явления радиоактивности следует, что ядра могут претерпевать существе
Разрешающая способность. Мертвое время. Эффективность счетчика.
Максимальная скорость счета, т.е. наибольшее число импульсов, которые могут возникнуть в счетчике за 1 сек, очевидно, зависит от длительности так называемого “мертвого времени”, в т
Кристаллические счетчики
По принципу действия наиболее близки к газоразрядным кристаллические счетчики проводящего типа. Если пространство между электродами газоразрядного прибора заполнить не газом, а крис
Сцинтилляционные методы.
Первый сцинтилляционный детектор, названный спинтарископом, представлял собой экран, покрытый слоем ZnS. Вспышки, возникавшие при попадании в него заряженных частиц, фиксировались с
Камера Вильсона.
Камера Вильсона (рис. 38.1) была изобретена шотландским физиком Ч.Вильсоном в 1910–1912 гг. и являлась одним из первых приборов для регистрации заряженных частиц. В основе действия
Пузырьковая камера
Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движени
Указания к решению задач
При решении задач, связанных с определением соответствующего элемента, получающегося в результате - и
Задачи для контрольных и самостоятельных работ
1. Определить число нейтронов N в m = 300 г воды.
(Отв. N = 8mNA/m = 8·1025).
2. Каков состав ядра атома полония
Греческий алфавит
Обозначения букв
Названия букв
Обозначения букв
Названия букв
A,a
альфа
N,n
Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования
Приставка
Приставка
Наименование
Обозна-чение
Множитель
Наименование
Некоторые физические постоянные
(округленные значения)
Физическая постоянная
Обозна-чение
Значение
Постоян
Атомных масс
№
Название и символ
Атомная масса
№
Название и символ
Атомная масса
Массы атомов легких изотопов
Изотоп
Символ
Масса, а.е.м.
Изотоп
Символ
Масса, а.е.м.
Нейтрон
0n
Относительные атомные массы некоторых элементов
Элемент
Химический символ
А
Азот
N
Аргон
Ar
Периоды полураспада рдиоактивных изотопов
Изотоп
Символ
Период
полураспада
Изотоп
Символ
Период
полураспада
Актиний
Некоторые физические постоянные
(округленные значения)
Физическая постоянная
Обозначение
Значение
Масса Со
Излучения основных радионуклидов аварийного чернобыльского выброса в 1986 г.
Радионуклид
и его символ
Период
полураспада
Вид распада, энергия излучения, МэВ, доля основных квантов, %
Индуцированных космическим излучением
Радионуклид и его символ
Период
полураспада
Вид распада
и энергия излучения, МэВ
Водород-3
1
Свинца при различных значениях энергии фотонов
Энергия,
МэВ
воздух
вода
алюминий
железо
свинец
µ, 10-3
Из некоторых органов взрослого человека
Изотоп
Орган или ткань
ТБ, сут
Cs-134,
Cs-137
ТЭФФ, сут
Cs 134
C
Некоторых пищевых продуктов, обусловленных
содержанием 19К40
Продукт
аУД, Бк/кг
Продукт
аУД, Бк/кг
Действии их излучения на критический орган.
Радио-
нуклид
Критический
орган и его масса
Т1/2 , сут
ТБ , сут
19
Мощность эквивалентной дозы, используемая при проектировании защиты от внешнего ионизирующего излучения
Категории (А или Б)
облучаемых лиц
Назначение помещения
H,
мкЗв/ч
А, работа 36 часов в неделю,
50 недель в год
ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА
Учебно – методическое пособие
В авторской редакции
Компьютерная верстка
Филимон
Новости и инфо для студентов