Презентация к уроку физики в 9 классе . Тема : " Термоядерные реакции"

Урок физики в 9 классе

Тема : Термоядерная реакция

Реши задачи :

Задача 1.  В ткани массой m = 10 г поглощается 10 9  α-частиц с энергией Е = 8*10-6 Дж. Найти поглощённую дозу излучения .

Задача 2.  К задаче 1 определить эквивалентную дозу излучения при коэффициенте качества для α-частиц K = 20.

Физика - 9

Термоядерная реакция

17.04.24.

Лев Андреевич Арцимович сказал :

• «Надежда на быстрое решение проблемы
• управляемого термоядерного синтеза —
• то же, что надежда грешника попасть
• в рай, минуя чистилище…»

Термоядерная реакция

- реакция слияния (синтеза) легких ядер (таких, как водород, гелий ), происходящая при температурах порядка сотен миллионов градусов

Почему протекание термоядерных реакций возможно только при очень высоких температурах?

Создание высокой температуры необходимо для сообщения ядрам большой кинетической энергии – только при этом условии ядра могут преодолеть силы элеКтрического отталкивания и сблизиться настолько, ЧТОБЫ ПОПАСТЬ В ЗОНУ ДЕЙСТВИЯ ЯДЕРНЫХ СИЛ. На таких малых расстояниях силы ядерного притяжения значительно превосходят силы электрического отталкивания, благодаря чему возможен СИНТЕЗ ЯДЕР (слияние)

Пример термоядерной реакции

Реакция идет с выделением энергии

Реакция была реализована в термоядерной бомбе и носила неуправляемый характер

Какая реакция энергетически более выгодна

(в расчете на один нуклон):

синтез легких ядер или деление тяжелых?

Сравнение термоядерной энергии и энергии, выделяющейся при реакции горения

Сгорание

2 вагонов каменного угля

Синтез

4 г гелия

Управляемые термоядерные реакции

В чем заключается основная трудность при

осуществлении термоядерных реакций?

Необходимо удерживать плазму в ограниченном пространстве без соприкосновения со стенками установки с помощью магнитного поля.

Установка ТОКАМАК для осуществления управляемого термоядерного синтеза

ТОКАМАК ( то роидальная ка мера ма гнитные к атушки )

Пока удалось получать плазму с температурой 1,3×10в 7 К и удерживать ее в течение 60 — 80 мс на установке "Токамак-10". Для увеличения продолжительности существования управляемой термоядерной реакции необходимо увеличивать размеры установки, поэтому в настоящее время строится новая большая установка "Токамак-20".

Хотя уже сейчас,говорят, что группе китайских ученых удалось стабилизировать плазму на рекордные 30 секунд. Осуществить это позволило усовершенствование токамака EAST в городе Хэфей, который и использовался для эксперимента.

Использование установок типа "Токамак" (в которых для получения и нагревания плазмы используется мощный электрический разряд, а для удержания плазмы магнитное поле) является одним из возможных путей осуществления управляемых термоядерных реакций, другим путем достижения этой цели является лазерный термоядерный синтез. Сущность такого метода состоит в следующем. Замороженную смесь дейтерия и трития, приготовленную в виде шариков диаметром менее 1 мм, равномерно облучают со всех сторон мощным лазерным излучением. Это приводит к нагреванию и испарению вещества с поверхности шариков. При этом давление внутри шариков возрастает до величин порядка 10 в 15 Па. Под действием такого давления происходят увеличение плотности и сильное нагревание вещества в центральной части шариков и начинается термоядерная реакция.

Международный экспериментальный термоядерный реактор ITER

Конструкция реактора ITER. Мощность реактора должна составлять не менее 500 MВт. Для оценки размеров внизу на чертеже (справа) помещен силуэт человека

Термоядерная электростанция

По принципу работы термоядерная электростанция похожа на обычные тепловые электростанции и отличается от них лишь конструкцией «печи» и типом топлива

На Земле первая термоядерная реакция была осуществлена при взрыве водородной бомбы. Высокую температуру, необходимую для начала термоядерной реакции, в водородной бомбе получали в результате взрыва входящей в ее состав атомной бомбы, играющей роль детонатора, а термоядерным горючим являлся дейтерид лития. Сначала в водородной бомбе взрывается атомная бомба. Этот взрыв сопровождается резким ростом температуры, а также возникновением потока нейтронов. Нейтроны вступают в реакцию с изотопом лития, образуют тритий, затем инициируется термоядерная реакция, которая дает основное выделение энергии.

Термоядерные реакции, происходящие при взрывах водородных бомб, являются неуправляемыми. Если бы в земных условиях была возможность осуществлять легко управляемые термоядерные реакции, человечества получило бы практически неисчерпаемый источник энергии, так как запасы водорода на Земле огромны. Однако на пути осуществления энергетически выгодных управляемых термоядерных реакций стоят большие технические трудности. Прежде всего, необходимо создавать температуры порядка 108 К. Только при такой температуре газ почти полностью ионизируется, превращаясь в плазму, в которой и происходит синтез ядер. Такие сверхвысокие температуры могут быть получены путем создания в плазме электрических разрядов большой мощности. Также, для удержания плазмы, необходимо создание очень сильных магнитных полей.

Энергия Солнца – это энергия

термоядерных реакций

Водородный цикл – цепочка из трех термоядерных реакций, приводящих к образованию гелия из водорода:

Ханс Бете

1906 – 2005

американский ученый

Нобелевская премия

1967 год

с уменьшением внутренней энергии тела уменьшается и его масса. Чтобы представить, какое колоссальное количество энергии теряет Солнце в результате превращения водорода в гелий, достаточно знать, что масса Солнца ежесекундно уменьшается на несколько миллионов тонн.

Но, несмотря на потери, запасов водорода на Солнце должно хватить еще на 5 — 6 миллиардов лет.

Физика - 9

Термоядерная реакция

Д.з. § 67,