Управляемый термоядерный синтез

В настоящее время ведутся разработки по тому, как создать управляемый термоядерный синтез. Для этого используются различные методы, один из них: использование лазеров для получения высоких энергий и температур. С помощью лазеров их разгоняют до высоких скоростей, и в этом случае может протекать термоядерная реакция.

В результате термоядерной реакции выделяется огромное количество тепла, то место в реакторе, в котором будут находиться взаимодействующие друг с другом изотопы, нужно хорошо изолировать, чтобы вещество, которое будет находиться при высокой температуре, не взаимодействовало с окружающей средой, со стенками того объекта, где оно находится. Для такой изоляции используется магнитное поле. При высокой температуре ядра, электроны, которые находятся вместе, представляют собой новый вид материи – плазму. Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, а раз газ ионизирован, то он чувствителен к магнитному полю. Плазма – электропроводящая, при помощи магнитных полей можно придавать ей определенную форму и удерживать в определенном объеме. Тем не менее, техническое решение управления термоядерной реакцией остается пока неразрешенным.

 

Рис. 3. ТОКАМАК – тороидальная установка для магнитного удержания плазмы

 

Термоядерные реакции во вселенной

В заключение хотелось бы еще отметить: термоядерные реакции играют важную роль в эволюции нашей вселенной. В первую очередь отметим, что термоядерные реакции протекают на Солнце. Можно сказать, что именно энергия термоядерных реакций – это та энергия, которая сформировала нынешний облик нашей вселенной.

Заключение

Список дополнительной литературы

1. Бронштейн М.П. Атомы и электроны. «Библиотечка “Квант”». Вып. 1. М.: Наука, 1980

2. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учебник для 9 класса средней школы. М.: Просвещение

3. Китайгородский А.И. Физика для всех. Книга 4. Фотоны и ядра. М.: Наука

4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика. Оптика. Квантовая физика. 11 класс: учебник для углублённого изучения физики. М.: Дрофа

Задание к уроку.

1. В результате термоядерной реакции соединения двух протонов образуется дейтрон и нейтрино. Какая ещё появляется частица?

2. Найти частоту γ -излучения, образующегося при термоядерной реакции:

если α -частица приобретает энергию 19.7 МэВ

 

Тема: Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер

Урок 63. Контрольная работа по теме «Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер»

Ерюткин Евгений Сергеевич

Задача 1

Задача 1

b-излучение – это:

1. Вторичное излучение при цепной реакции.

2. Поток нейтронов.

3. Электромагнитные волны.

4. Поток электронов.

Подразумевается, что должны вспомнить, что, во-первых, b-излучение – это вовсе не излучение, а поток заряженных отрицательных частиц, электронов.

Итак, правильный ответ – 4.

Задача 2

Задача 2

С помощью опытов Резерфорд установил, что…:

1. Положительный заряд распределен по всему объему у атома.

2. В состав атома входят электроны.

3. Атом не имеет внутренней структуры.

4. В центре атома положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся электроны.

Как мы помним, Резерфорду удалось установить планетарную модель атома. Как и то, что в центре атома находится положительно заряженное массивное ядро, вокруг которого по своим орбитам обращаются электроны. Ответ: 4.

Задача 3

Задача 3

В ядро изотопа входят:

1. 92 протона и 238 нейтронов.

2. 146 протонов и 92 нейтрона.

3. 92 протона и 146 нейтронов.

4. 238 протонов и 92 нейтрона.

В данном случае задача рассчитана на то, чтобы вы вспомнили о формуле Иваненко – Гейзенберга. Обратите внимание: порядковый номер говорит о том, какое количество протонов находится в ядре. Это количество соответствует 92, т.е. 92 протона. А разница между атомной массой 238 и 92 протонами – это 146 нейтронов. Ядро изотопа содержит 92 протона и 146 нейтронов. Ответ: 3.

Задача 4

Задача 4

А. Явление радиоактивности открыл 1. Чедвик

Б. Открытие протона 2. Менделеев

В. Открытие нейтрона 3. Беккерель

4. Резерфорд

5. Томсон

Под буквой А написано «Явление радиоактивности открыл» и представлено в ответе под номерами фамилии ученых.

Мы знаем, что радиоактивность была открыта французским ученым Анри Беккерелем. Смотрим, под №3 здесь указана фамилия Беккерель, значит, явлению, о котором мы говорим, под буквой А соответствует №3.

Под буквой Б «Открытие протона». Кто совершил это открытие? Резерфорд. Смотрим в перечисленных фамилиях и находим, что под №4 фамилия Резерфорда. Значит, мы можем сказать, что пункт Б соответствует №4.

И, третье, открытие нейтрона. Мы знаем, что нейтрон тоже был открыт английским ученым, фамилия которого Чедвик. Эта фамилия указана под №1. Следовательно, третьему пункту В соответствует цифра 1, т.е. фамилия ученого Чедвика.

Задача 5

Задача 5

Определите энергию связи дейтерия.

Дано: Решение:

m_p = 1,0073 а.е.м. с = 3 ^. 10⁸ м/с ∆m = (Zm_p + Nm_n) - m_я = 0, 0019 (а.е.м.)

m_n = 1,0087 а.е.м. Е_СВ = ∆m ^. c² Е_СВ=0,0019 ^.1,66 ^.10^-27.9 ^.10¹⁶ = 0,0283 ^.10^-11 [Дж]

_____ m_Я = 2,0141 а.е.м. А = Z + N

Е_СВ -? Ответ: Е_СВ = 0,0283 ^. 10^-11 Дж.

В ядре атома дейтерия содержится две частицы: протон и нейтрон. Нам потребуются масса протона и масса нейтрона. Обратите внимание, все величины масс элементарных частиц измеряются в атомных единицах массы. Надо помнить и о том, что 1 а.е.м. = 1,66 ^. 10^{-27 кг}. Также запишем массу ядра дейтерия m_Я = 2,0141 а.е.м. Для определения энергии связи нам потребуется еще одна величина – скорость света с = 3 ^. 10⁸ м/с.

Для решения необходимо воспользоваться формулой Е_СВ = ∆m ^.c².

∆m – это дефект массы. Именно этот элемент, дефект массы, нам и потребуется сейчас определить. Как это сделать? Сложить массу протона и массу нейтрона, в ядре дейтерия этих частиц по одной, поэтому Z = 1 и N = 1, согласно уравнению Иваненко – Гейзенберга А = Z + N.

∆m = (Zm_p + Nm_n) - m_я

Обратите внимание, что после сложения этих величин мы вычли массу ядра и получили разницу:

∆m = (Zm_p + Nm_n) - m_я = 0, 0019 (а.е.м.)

Е_СВ = 0,0019 ^. 1,66 ^.10^-27. 9 ^. 10¹⁶ = 0,0283 ^. 10^-11 [Дж]

Ответ: энергия связи дейтерия равна 0,0283 ^. 10^-11 Дж.