МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
Федеральне агентство з освіти
ГОУ ВПО В«Благовіщенський державний педагогічний університет В»
Фізико-математичний факультет
Кафедра загальної фізики
Курсова робота
на тему: Проблеми термоядерного синтезу
з дисципліни: Фізика
Виконавець: В.С. Клетченко
Керівник: В.А. Євдокимова
Благовєщенськ 2010
Зміст
Введення
Термоядерні реакції та їх енергетична вигідність
Умови протікання термоядерних реакцій
Здійснення термоядерних реакцій в земних умовах
Основні проблеми, пов'язані з здійсненням термоядерних реакцій
Здійснення керованих термоядерних реакцій в установках типу В«ТОКАМАКВ»
Проект ІТЕР
Сучасні дослідження плазми і термоядерних реакцій
Висновок
Література
Введення
В даний час людство не може уявити своє життя без електроенергії. Вона скрізь. Але традиційні способи отримання електроенергії не дешеві: тільки уявити зведення ГЕС або реактора АЕС, то відразу стає зрозуміло чому. Вчені 20-го століття, перед обличчям енергетичної кризи, знайшли спосіб отримання електроенергії з речовини, кількість якого не обмежена. Термоядерні реакції протікають при розпаді дейтерію і тритію. В одному літрі води міститься дейтерію стільки, що при термоядерному синтезі може виділитися стільки енергії, скільки виходить при спалюванні 350 літрів бензину. Тобто можна зробити висновок, що вода - це необмежене джерело енергії.
Якби отримання енергії за допомогою термоядерного синтезу було б настільки просто, як за допомогою ГЕС, то людство ніколи не зазнавало б кризи в енергетиці. Для отримання енергії таким способом необхідна температура, еквівалентна температурі в центрі сонця. Де взяти таку температуру, як дорого коштуватимуть установки, наскільки вигідна така видобуток енергії та чи безпечна така установка? На ці питання буде дана відповідь в цій роботі.
Мета роботи: вивчення властивостей і проблем термоядерного синтезу.
Термоядерні реакції та їх енергетична вигідність
Термоядерна реакція - синтез більш важких атомних ядер з легших з метою отримання енергії, який носить керований характер.
Відомо, що ядро ​​атома водню є протон р. Такого водню дуже багато в природі - у повітрі та у воді. Крім цього існують більш важкі ізотопи водню. Ядро одного з них містить, крім протона р, ще й нейтрон n. Називається цей ізотоп дейтерієм D. Ядро іншого ізотопу містить, крім протона р два нейтрони n і називається трітеріем (тритієм) Т. Термоядерні реакції найбільш ефективно відбуваються при надвисоких температурах порядку 10 7 - 10 9 К. При термоядерних реакціях виділяється дуже велика енергія, перевищує енергію, яка виділяється при поділі важких ядер. У реакції синтезу виділяється енергія, яка в розрахунку на 1кг речовини значно більше енергії, що виділяється в реакції розподілу урану. (Тут під виділяється енергією розуміється кінетична енергія частинок, що утворюються в результаті реакції.) Наприклад, при реакції злиття ядер дейтерію 1 2 D і тритію 1 3 Т в ядро гелію 2 4 не:
1 2 D + 1 3 Т в†’ 2 4 Чи не + 0 1 n,
Виділяється енергія, приблизно рівна 3,5 МеВ на один нуклон. У реакціях поділу енергія на один нуклон становить близько 1 МеВ.
При синтезі ядра гелію з чотирьох протонів:
4 1 1 p в†’ 2 4 Чи не + 2 +1 1 е,
виділяється ще більша енергія, що дорівнює 6,7 МеВ на одну частку. Енергетична вигідність термоядерних реакцій пояснюється тим, що питома енергія зв'язку в ядрі атома гелію значно перевищує питому енергію зв'язку ядер ізотопів водню. Таким чином, при вдалому здійсненні керованих термоядерних реакцій людство отримає новий потужний джерело енергії.
Умови протікання термоядерних реакцій
Для злиття легких ядер необхідно подолати потенційний бар'єр, обумовлений кулонівським відштовхуванням протонів у однойменно позитивно заряджених ядрах. Для злиття ядер водню 1 2 D їх треба зблизити на відстань r, рівне приблизно r ≈ 3 • 10 -15 м. Для цього потрібно здійснити роботу, рівну електростатичної потенційної енергії відштовхування П = е 2 : (4ПЂОµ 0 r) ≈ 0,1 МеВ. Ядра Дейтона зможуть подолати такий бар'єр, якщо при зіткненні їх середня кінетична енергія 3 / 2 kT буде...
