45. Термоядерный синтез

При слиянии легких ядер и образовании нового ядра должно выделиться большое количество энергии.

Реакция слияния легких ядер может возникнуть только при очень высоких температурах: ~10⁸-10⁹. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.

Основные реакции термоядерного синтеза:

d + d -> ³He + n + (3.27 МэВ)

d + d -> t + p + (4.03 МэВ)

d + t -> ⁴He + n + (17.6 МэВ)

Li + n -> t + ⁴He + (4.6 МэВ)

УТС занимаются давно, но еще не достигнут выход термоядерной реакций, превышающих энергетические затраты на разогрев плазмы.

Для этого должно быть выполнено: nτ > A , где

n – концентрация ядер в плазме при Т ~10⁸К

τ – характерное время удержания энергии в плазме

А – характеристика ядерного горючего

Для чистого дейтерия А ≈ 10¹⁶ см^-3∙с

Для смеси 30% дейтерия, 50% трития: А ≈ 10¹⁴ см^-3∙с

Т. о. для р-ты реактора должно соблюдаться условие:

nτ > 10¹⁴ см^-3∙с

В настоящее время nτ ≈ 10¹³ см^-3∙с

Температура плазмы ~10⁷ К; концентрация в центре ~10¹⁵см

46. Цепная реакция

Испускание при делении ядер U²³⁵ , Pu²³⁹ и U²³³ нескольких нейтронов делает возможным осуществление цепной реакции.

В идеале, испущенные при делении одного ядра z нейтронов могут вызвать деление z ядер, в результате будет испущено z² ядер, и т.д. Количество нейтронов, рождающихся в каждом поколении, возрастает в геометрической прогрессии. Процесс размножения нейтронов в делящемся веществе протекает весьма быстро. В реальности, не все выделившиеся нейтроны поглощаются делящимся ядром.

Ядерный реактор

В качестве делящегося вещества в реакторах служит природный (либо несколько обогащенный U²³⁵) уран. Чтобы предотвратить радиационный захват нейтронов ядрами U²³⁸, сравнительно небольшие блоки делящегося вещества размещают на некотором расстоянии друг от друга, а промежутки между блоками заполняют замедлителем, т.е. веществом, в котором нейтроны замедляются до тепловых скоростей. Замедление осуществляется за счет упругого рассеяния. Энергия, теряемая замедляемой частицей, зависит от соотношения масс сталкивающихся частиц. Максимальное количество энергии теряется в случае, если обе частицы имеют одинаковую массу. Поэтому в качестве замедлителя применяют дейтрон (тяжелая вода D₂O), ядра графита С и бериллия Be.

Схема уран-графитового реактора: 1-замедлитель (графит), 2-блоки из урана, 3-стержни, содержащие кадмий или бор (кадмий и бор интенсивно поглощают нейтроны) для управления мощностью:

1. Особенности теплового излучения, его характеристики.

Особенности теплового излучения:

1. Тепловое излучение равновесно

2. Все хорошо поглощающие тела при одной и той же температуры дают излучение одного и того же спирального состава.

3. Равновесие теплового излучения носит динамический характер.

Под равнов. излуч. понимают равновесие между излучаемым телом и излучением.

Если тела излучает энергию превышающую энергию, которую тела поглощает, то тела остывает и начинает излучаться меньше.

Если тела излучает меньше, чем поглощает, то оно нагревается.

Равновесие носит динамический характер. Динамический характер излучения обозначает, что несмотря на установления равновесия, процессы испускания и поглощения идут непривычным образом.

Характеристики теплового излучения:

Световой поток Ф-это энергия, излучение всей поверхности тела в единицу времени.

Энергетическая светимость R определяется световым потоком испускаемой единицей поверхности по всем направлением .

– испускательная способность тела.

-определяет энергетическую светимость приходящую на единичный частотный интервал. Зависит только от температуры.

- полная энергетическая светимость тела.

Помимо испускательной способности тела характеризуется поглощательная способность , которая определяется отношением потока поглощенного тела к потоку падающему на тела:

поглощенный поток

поток падающего тела

Тела, поглощательная способность которого равна 1,т.е. которое поглощает все падающие на них излучения, называется абсолютное черное телами.

Физическая моделью абсолютно черного тела является полость с малым отверстием.