Міністерство освіти і науки РФ
Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа вищої професійного навчання
Іркутський державний технічний університет
Курсова робота
"Керований термоядерний синтез"
Іркутськ 2010р.
Зміст
В
1. Введення
2. Типи реакцій
2.1 Реакція дейтерій + тритій (Паливо DT)
2.2 Реакція дейтерій + гелій-3
2.3 Реакція між ядрами дейтерію (DD, монотопліво)
2.4 "Безнейтронние" реакції
3.Умови
4. Критерій Лоусона
5. Термоядерна енергетика і гелій-3
6. Керований термоядерний синтез з магнітною термоізоляцією
7. Установка з магнітним утриманням
8. Труднощі і перспективи
Список літератури
1. Введення
Керований термоядерний синтез (УТС) - синтез більш важких атомних ядер з легших з метою отримання енергії, який, на відміну від вибухового термоядерного синтезу (використовуваного в термоядерному зброю), носить керований характер. Керований термоядерний синтез відрізняється від традиційної ядерної енергетики тим, що в останній використовується реакція розпаду, в ході якої з важких ядер виходять більш легкі ядра. В основних ядерних реакціях, які планується використовувати в цілях здійснення керованого термоядерного синтезу, будуть застосовуватися дейтерій ( 2 H) і тритій ( 3 H), а в більш віддаленій перспективі гелій-3 ( 3 He) і бор-11 ( 11 B). Вперше задачу з керованого термоядерного синтезу в Радянському Союзі сформулював і запропонував для неї деякий конструктивне рішення радянський фізик Лаврентьєв О. А.
2. Типи реакцій
Реакція синтезу полягає в наступному: беруться два або більше атомних ядра і із застосуванням деякої сили зближуються настільки, що сили, діють на таких відстанях, переважають над силами кулонівського відштовхування між однаково зарядженими ядрами, в результаті чого формується нове ядро. Воно матиме дещо меншу масу, ніж сума мас вихідних ядер, а різниця стає енергією яка і виділяється в процесі реакції. Кількість виділеної енергії описує відома формула E = mc ВІ. Більш легкі атомні ядра простіше звести на потрібну відстань, тому водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті - є найкращим пальним для реакції синтезу.
Встановлено, що суміш двох ізотопів , Дейтерію і тритію, вимагає найменше енергії для реакції синтезу по порівнянні з енергією, що виділяється під час реакції. Однак, хоча суміш дейтерію і тритію (DT) є предметом більшості досліджень синтезу, вона в будь-якому випадку не є єдиним видом потенційного пального. Інші суміші можуть бути простіше у виробництві; їх реакція може надійніше контролюватися, або, що більш важливо, виробляти менше нейтронів. Особливий інтерес викликають так звані "безнейтронние" реакції, оскільки успішне промислове використання такого пального означатиме відсутність довготривалого радіоактивного забруднення матеріалів та конструкції реактора, що, у свою чергу, могло б позитивно вплинути на громадську думку і на загальну вартість експлуатації реактора, істотно зменшивши витрати на його декоміссію. Проблемою залишається те, що реакцію синтезу з використанням альтернативних видів пального набагато складніше підтримувати, тому DT реакція вважається тільки необхідним першим кроком.
Керований термоядерний синтез може використовувати різні види термоядерних реакцій в залежності від виду застосовуваного палива.
2.1 Реакція дейтерій + тритій (Паливо DT)
Сама легко здійсненна реакція - дейтерій + тритій:
2 H + 3 H = 4 He + n при енергетичному виході 17,6 МеВ
Така реакція найбільш легко здійсненна з точки зору сучасних технологій, дає значний вихід енергії, паливні компоненти дешеві. Недолік - вихід небажаної нейтронної радіації. p> Два ядра: дейтерію і тритію зливаються, з утворенням ядра гелію (альфа-частинка) і високоенергетичного нейтрона.
В
2.2 Реакція дейтерій + гелій-3
Істотно складніше, на межі можливого, здійснити реакцію дейтерій + гелій-3
2 H + 3 He = 4 He + p. при енергетичному виході 18,4 МеВ
Умови її досягнення значно складніше. Гелій-3, крім того, є рідкісним і надзвичайно дорогим ізотопом. У промислових масштабах в даний час не проводиться. Однак може бути отриманий з тритію, одержуваного в свою чергу на атомних електростанціях.
Складність проведення термоядерної реакції можна характеризувати потрійним твором nTt (щільність на температуру на час утримання). За цим параметром реакція D-3He приблизно в 100 разів складніше, ніж D-T....
