Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Термоядерный синтез легких элементов





 

Ядерные реакции могут протекать с выделением или поглощением энергии Q, которая превышает в 106 раз энергию при протекании химических реакций.

Если Q > 0, происходит выделение энергии (экзотермическая реакция).

Например,

+ ®2× +17 МэВ. (11.14)

При Q < 0 наблюдается поглощение энергии (эндотермическая реакция). Например,

® + - 17 МэВ. (11.15)

Термоядерные реакции - реакции слияния (синтеза) легких ядер, протекающие при высоких температурах (~108 К и выше).

Высокие температуры, т. е. большие относительные энергии сталкивающихся ядер, необходимы для преодоления кулоновского отталкивания. Без этого невозможно сближение ядер на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил. В природных условиях термоядерные реакции протекают в недрах звезд. Для осуществления термоядерной реакции в земных условиях необходимо сильно разогреть вещество либо ядерным взрывом, либо мощным газовым разрядом, либо импульсом лазерного излучения большой мощности и др.

В настоящее время удалось осуществить слияние двух дейтронов:

+ ® МэВ (11.16)

и синтез тритона и дейтрона

+ ® МэВ. (9.17)

Термоядерные реакции в крупных масштабах осуществлены пока только в испытательных взрывах термоядерных (водородных) бомб.

Осуществить термоядерные реакции в мирных целях пока не удалось, хотя идут интенсивные работы по управляемому термоядерному синтезу (УТС), с которым связаны надежды на решение энергетических проблем человечества, поскольку дейтерий, содержащийся в морской воде, представляет собой практически неисчерпаемый источник горючего для УТС.

Экологически чистыми являются термоядерные реакции с участием изотопа гелия .

Например, + ® МэВ



или

+ ® МэВ. (11.18)

Однако на Земле изотопа гелия практически нет, но зато, предполагают, его много на Луне. Термоядерные реакции осуществляют в ядерных реакторах - системах закрытого типа, например, токамак, стелларатор, в которых удержание высокотемпературной плазмы осуществляется: магнитным полем (магнитные ловушки), или с использованием импульсных лазеров, работы с которыми были начаты в 1964 г, или мюонным катализом (холодный термоядерный синтез) и др.

  Рис. 11.5

Рассмотрим УТС за счет нагревания термоядерной мишени мощными лазерными импульсами. В отличие от систем с магнитным удержанием не плотной высокотемпературной плазмы, в этой системе сжатие плазмы до сверхвысоких плотностей, чтобы реакция синтеза легких ядер успела произойти за короткое время (микроядерные взрывы), производится лазерными импульсами следующим образом. На термоядерную мишень - полый стеклянный или металлический шарик диаметром 0,1-1 мм с толщиной стенок ~10-6 м, наполненный газовой смесью дейтерия и трития под давлением нескольких атмосфер - фокусируют одновременно несколько лазерных импульсов длительностью ~10-9 с и суммарной энергией 104 - 105 Дж (рис. 11.5, а). Под действием лазерных импульсов высокой интенсивности ( ) происходит бурное (взрывное) испарение оболочки мишени. Возникает, так называемая корона, стремительно расширяющая во все стороны навстречу лазерным импульсам (рис. 11.5, б). Согласно закону сохранения импульса внутренние слои мишени стремительно движутся к центру, сжимаясь, уплотняясь и нагреваясь до температуры, необходимой для термоядерного синтеза дейтерия с тритием (рис. 11.5, б). В результате термоядерной реакции удалось получить поток нейтронов до 106 на один микровзрыв.

Радиоактивность

Способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц называют радиоактивностью.

Естественная радиоактивность открыта Беккерелем в 1896 г.

Существует около 300 природных, радиоактивных ядер.

Искусственная радиоактивность впервые наблюдалась в 1934 г Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. Искусственно радиоактивных ядер открыто около 2000. Искусственная радиоактивность позволила открыть b+ - распад, К - захват и существование запаздывающих нейтронов. К радиоактивным превращениям относятся: a-распад, b-распад [с испусканием электрона (b --распад), с испусканием позитрона (b +- распад) и К-захват (захват ядром орбитального электрона)], а также спонтанное деление атомных ядер, протонный и двухпротонный распады и др. В случае b-распада большое время жизни ядер обусловлено природой слабого взаимодействия, ответственного за этот распад. Остальные виды радиоактивных процессов вызваны сильным взаимодействием.

Замедление таких процессов связывают с наличием потенциальных барьеров, затрудняющих вылет частиц из ядра.

    Рис. 11.6

Радиоактивность часто сопровождается g - излучением, возникающим в результате переходов между различными квантовыми состояниями одного и того же материнского ядра.

Существует четыре природных радиоактивных ряда (семейства):

 

Радиоактивный ряд

приведен на рис. 11.6

Внешние условия (давление, температура, химические реакции и пр.) на ход радиоактивных превращений не оказывают никакого влияния, так как все процессы совершаются внутри ядер.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.