Презентация по теме: "Термоядерные реакции"

Термоядерные

реакции

Термоядерные реакции

• - реакции слияния легких ядер (водород, гелий) при очень высоких температурах, сопровождающиеся выделением энергии

Условия протекания

• Создания высокой температуры для преодоления электростатических сил отталкивания ядер

• Ядра должны сблизиться на расстояние 10 см

-12

Выделение энергии при слиянии легких ядер

(синтез легких ядер)  6 МэВ

Энергетически более выгодна

(деление тяжелых ядер)  0,9 МэВ

Первая термоядерная реакция

Т

D

4 He

D

17,6 МэВ

T

n

Первая термоядерная реакция

Т

D

• Неуправляемая термоядерная реакция - водородная бомба !
• 1953г . - СССР - первая в мире водородная бомба

Способы осуществления управления реакцией

• Нагревания до t=100 млн. град.
• Создание концентрации частиц

Проблемы осуществления управляемой термоядерной реакцией

• Создать высокотемпературную плазму (полностью ионизированный газ)
• Сильные магнитные поля для ее удержания

1950г – Андрей Дмитриевич Сахаров , Игорь Евгеньевич Тамм

• Предложили подвесить горячую плазму в сильном магнитном поле

• «Токамак-10» -13 млн.К

А. Д. Сахаров И. Е. Тамм

Токамак  

• — тороидальная камера с магнитными катушками
• — тороидальная установка для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. 
• Токамак  Т-15 является одной из крупнейших в мире экспериментальных термоядерных установок.

Токамак  

• Т-15 — реактор со сверхпроводящим соленоидом, дающим поле индукцией 3,6 Тл. Запущен в 1988 г., в 1995 г. эксперименты приостановлены.
• Глобус-М — сферический токамак, новейший токамак в России, созданный в 1999 году.

Токамак Т-15 МД

• Запущен 18 мая 2021 г.
• Температура в 10 раз больше, чем в центре Солнца
• Размер установки с небольшой дачный домик

Китайский токамак HL-3

• впервые нагрел плазму свыше 100 миллионов градусов и приблизился к параметрам работающего термоядерного реактора.
• Это стало возможным благодаря усовершенствованию систем нагрева и удержания плазмы . Использовалась система впрыска нейтральных частиц (NBI) — пучков ускоренных атомов, которые влетают в плазму и передают ей энергию. 

Одновременно инженеры применили особую конфигурацию — сдвиг силовых линий магнитного поля, который помогает стабилизировать плазму и удерживать её дольше. Внутри такого поля формируются области, где потери тепла резко уменьшаются — их называют транспортными барьерами. В HL-3 удалось создать сразу две: внутреннюю и внешнюю, что позволило удерживать энергию дольше обычного.

Сам токамак имеет усовершенствованную геометрию: плазма внутри него не просто кольцевая, а вытянутая и слегка треугольная. Такая форма улучшает устойчивость и позволяет хранить больше энергии при том же магнитном поле. Для контроля параметров учёные использовали спектроскопию обмена заряда (CXRS) для измерения скорости и температуры ионов и томсоновское рассеяние — метод, при котором в плазму направляют лазер, а по рассеянному свету определяют температуру и плотность электронов.

6

Солнце

• Солнце излучает в пространство свет и тепло уже почти 4,6 млрд лет.
• В недрах солнца - самоподдерживающиеся термоядерные реакции.
• Водородный цикл – цепочка из термоядерных реакций, приводящих к образованию гелия из водорода (1939г, Ханс Бете)

Водородный цикл

• С уменьшением внутренней энергии тела уменьшается и его масса.
• Масса Солнца ежесекундно уменьшается на 4 миллиона тонн. Запасов водорода на Солнце должно хватить ещё на 5—6 миллиардов лет.