Энергия ядерного синтеза
Как известно, ядерные превращения могут сопровождаться значительным выделением энергии. Так, в ядерных реакциях синтеза гелия и трития из ядер - изотопов водорода имеем d + t 4He + n + 17,6 МэВ,
d + d 3He + n + 3,3 МэВ,
d + d t + p + 4,0 МэВ,
p + d 3He + g + 5,5 МэВ.
Символы p, n, d, t, He, g отвечают соответственно протону, нейтрону, ядрам дейтерия, трития, гелия и g-кванту.
Напомним, что 1 МэВ = 106 эВ (электронвольт). Ядерный синтез является источником излучения Солнца (и других звезд).
Выделение энергии в ядерных реакциях в миллионы раз превышает энерговыделение при обычном горении. Ввиду быстрого истощения ресурсов естественных источников энергии на Земле (нефть, газ, уголь) актуальной является проблема овладения ядерной энергией. Уже существующая ядерная энергетика основана на использовании реакций деления.
Необходимым условием протекания таких реакций является сближение ядер водорода на малые расстояния, сравнимые с размерами ядер. Для этого водород нагревают до сотен миллионов градусов. Этот способ называется термоядерным. До высокой температуры вещество может быть нагрето двумя способами: путём удержания вещества в магнитных ловушках либо взрывным способом, где вещество удерживается за счёт инерционных сил.
Поэтому проблема промышленного получения энергии с помощью ядерных реакций синтеза получила название термоядерной. В настоящее время известны два способа осуществления самоподдерживающейся термоядерной реакции.
1. Медленная реакция, самопроизвольно происходящая в недрах Солнца и других звезд. В этом случае количество реагирующего вещества настолько колоссально, что оно удерживается и сильно уплотняется (до 100 г/см3 в центре Солнца) гравитационными силами.
2. Быстрая реакция неуправляемого характера, происходящая при взрыве водородной бомбы. В качестве ядерного взрывчатого вещества в водородной бомбе используются ядра легких элементов (например, ядра дейтерия и лития). Высокая температура, необходимая для начала термоядерного процесса, достигается в результате взрыва атомной бомбы, которая входит в состав водородной бомбы (рис. 1).
Условие существования реакции синтеза состоит в том, чтобы выделившаяся энергия превышала энергию, уносимую из плазмы электромагнитным и корпускулярным излучением. При равенстве этих величин реакция синтеза будет протекать, но генерации избытка энергии для полезного использования происходить не будет. Это равенство называется условием зажигания термоядерной реакции. В оценочном аналитическом виде оно впервые было получено американским физиком Дж.Д. Лоусоном в 1957 году и называется критерием Лоусона:
nt ~ L(T ),
где t - среднее время удержания плазмы в активной зоне реактора; L(T ) - коэффициент Лоусона, зависящий от температуры, типа легких ядер и потерь на излучение.
Исследования показали, что критерий Лоусона должен быть nt ~ 1014 с/см3.
Таким образом, для осуществления реакции синтеза в дейтерий-тритиевой плазме необходимо обеспечить высокую температуру (нагреть) и концентрацию ионов (сжать) в течение определенного времени (удержать). Детально рассматриваются два способа решения проблемы УТС:
- длительный (t ~ 0,17 с) нагрев дейтерий-тритиевой плазмы низкой плотности (n ї 1014 см- 3) в определенном объеме при температуре порядка 108 К;
Немного больше о технологиях >>>
Классификация изобретений и НТП
"Экономична мудрость бытия, все новое в
нем шьется из старья". В.Шекспир
В шестом веке до нашей эры в древнегреческой
колонии Сибарис — крупном по тем временам торговом центре, жители которого
славились любовью к роскоши, — существовал обычай, по которому повар,
пр ...
Об ориентационной поляризации спиновых систем
В
одной из наших предыдущих статей, посвященных термодинамике спиновых систем,
была выявлена несостоятельность попыток свести к теплообмену процессы
установления единой ориентации противоположно направленных ядерных спинов [1].
Несколько позднее было показано, что процессы упор ...
