Текст для през. по физике

Определение термоядерной реакции и её примеры
Термоядерными реакциями (или просто термоядом) называют реакции слияния легких ядер в
одно целое новое ядро, в результате которого выделяется большое количество энергии.
Оказывается, большая энергия выделяется не только в результате деления тяжелых ядер, еще
больше энергии выделяется, когда легкие ядра сливаются вместе, соединяются. Этот процесс
называют синтезом. А сами реакции – термоядерным синтезом, термоядерными реакциями.
Какие же элементы участвуют в этих реакциях? Это в первую очередь изотопы водорода и
изотопы гелия. Для примера можно привести следующую реакцию:
Два изотопа водорода (дейтерий и тритий), соединяясь вместе, дают ядро гелия, еще образуется
нейтрон. Когда протекает такая реакция, выделяется огромная энергия Е = 17,6 МэВ.
Есть еще одна реакция. Два ядра дейтерия, сливаясь вместе, образуют ядро гелия:
В этом случае выделяется тоже большое количество. ( 2 слайд)
Условия протекания термоядерной реакции
Чтобы такие реакции протекали, нужны определенные условия. В первую очередь нужно
сблизить ядра указанных изотопов. Ядра имеют положительный заряд, в данном случае
действуют кулоновские силы, которые расталкивают эти заряды. Значит, нужно преодолеть эти
кулоновские силы, чтобы приблизить одно ядро к другому. Это возможно только в том случае,
если сами ядра обладают большой кинетической энергией, когда скорость у этих ядер довольно
велика. Чтобы добиться этого, нужно создать такие условия, когда ядра изотопов будут обладать
этой скоростью, а это возможно только при очень высоких температурах. Только так мы сможем
разогнать изотопы до скоростей, которые позволят им сблизиться на расстояние приблизительно
10-14 м.
Рис. 1. Расстояние, на которое нужно сблизить ядра для наступления термоядерной реакции
Это расстояние как раз то, с которого начинают действовать ядерные силы. Значение
необходимой температуры составляет порядка t° = 107 – 108°C. Достигнуть такой температуры
можно, когда произведен ядерный взрыв. Таким образом, чтобы произвести термоядерную
реакцию, мы сначала должны произвести реакцию деления тяжелых ядер. Именно в этом случае
мы добьемся высокой температуры, а уже потом данная температура даст возможность сблизить
ядра изотопов до расстояния, когда они могут соединиться. Как вы понимаете, именно в этом
заложен принцип так называемой водородной бомбы. (3 слайд)
Рис. 2. Взрыв водородной бомбы
Для успешной работы «Токамака» надо решить три задачи.
1) Температура. Процесс ядерного синтеза требует чрезвычайно высокой энергии активации.
Изотопы водорода необходимо нагреть до температуры примерно 40 млн.К. Это температура,
превышающая температуру Солнца. При такой температуре электроны "испаряются" - остается
только положительно заряженная плазма - ядра атомов, разогретые до высокой температуры.
Ученые пытаются разогревать вещество до такой температуры при помощи магнитного поля и
лазера, но пока безуспешно.
2) Время. Чтобы началась реакция ядерного синтеза, заряженные ядра должны находиться на
достаточно близком расстоянии друг от друга при Т=40млн.К довольно длительному времени около одной секунды.
3) Плазма. Во время ядерного синтеза вещество находится в состоянии плазмы при очень высокой
температуре (1.3 * 10^7 Кельвин). Но в таких условиях любое вещество будет находиться в
газообразном состоянии.
Поскольку у плазмы есть заряд, то для ее удержания можно использовать магнитное поле. Но
пока создать надежную "магнитную колбу" ученым так и не удалось.
По самым оптимистическим прогнозам, ученым понадобится 30-50 лет, чтобы создать
работающий экологически чистый источник энергии.
Учёные нашей страны достигли больших успехов в создании управляемы х термоядерных
реакций. Эти работы были начаты под руководством академиков Л. А . А р ц и м о в и ч а и М. А. Л
е о н т о в и ч а и продолжаются
их учениками.
П ока же удалось осуществить лишь неуправляемую реакцию синтеза
взрывного типа в водородной (или термоядерной) бомбе. (6 слайд )
ЯДЕРНОЕ ОРУЖИЕ
Неуправляемая цепная реакция с большим коэффициентом увеличения нейтронов
осуществляется в атомной бомбе.
Для того чтобы происходило почти мгновенное выделение энергии (взрыв), реакция должна идти
на быстрых нейтронах (без применения замедлителей). Взрывчатым веществом служит чистый
уран или плутоний .
Чтобы мог произойти взрыв, размеры делящегося материала должны превышать критические.
Это достигается либо путем быстрого соединения двух кусков делящегося материала с
докритическими размерами, либо же за счет резкого сжатия одного куска до размеров, при
которых утечка нейтронов через поверхность падает настолько, что размеры куска оказываются
надкритическими. То и другое осуществляется с помощью обычных взрывчатых веществ.
При взрыве атомной бомбы температура достигает десятков миллионов кельвин. При такой
высокой температуре очень резко повышается давление и образуется мощная взрывная волна.
Одновременно возникает мощное излучение. Продукты цепной реакции при взрыве атомной
бомбы сильно радиоактивны и опасны для жизни живых организмов.
Атомные бомбы применили США в конце Второй мировой войны против Японии. В 1945 г. были
сброшены атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. (12 слайд)
САХАРОВ
В нашей стране основные идеи создания термоядерной бомбы были выдвинуты после Великой
Отечественной войны А. Д. Сахаровым.
Андрей Дмитриевич Сахаров (21 мая 1921, Москва — 14 декабря 1989, Москва) — советский
физик, академик АН СССР, один из создателей первой советской водородной бомбы.
Впоследствии — общественный деятель, диссидент и правозащитник; народный депутат СССР,
автор проекта конституции Союза Советских Республик Европы и Азии. Лауреат Нобелевской
премии мира за 1975 год.
За свою правозащитную деятельность был лишён всех советских наград, премий и был выслан из
Москвы.
Был освобождён из горьковской ссылки с началом перестройки, в конце 1986 года — после почти
семилетнего заключения.
14 декабря 1989 года, в 15:00 — последнее выступление Сахарова в Кремле на собрании
Межрегиональной депутатской группы (II Съезд народных депутатов СССР).
С созданием ядерного оружия победа в войне стала невозможной. Ядерная война способна
привести человечество к гибели, поэтом у народы всего мира настойчиво борются за запрещение
ядерного оружия.(14 слайд)