Содержание

Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 8. Атомное ядро

Энергия синтеза атомных ядер

Управляемые термоядерные реакции

1. Реакции синтеза атомных ядер происходят при очень высоких температурах, поэтому для осуществления ядерного синтеза в земных условиях необходимо сильно разогреть вещество. Это можно осуществить, например, при ядерном взрыве. Так устроена водородная бомба, в которой взрыв ядерного запала приводит к мгновенному нагреву смеси дейтерия с тритием и последующему термоядерному взрыву. Водородная бомба — самое страшное оружие, способное погубить всё живое на Земле. Одной из самых актуальных проблем современности является использование термоядерной энергии в мирных целях.

В водородной бомбе реакция ядерного синтеза неуправляема. Для использования энергии, выделяющейся при синтезе лёгких ядер, в практических целях необходимо создать и поддерживать температуру порядка 10⁸ К. Кроме того, необходимо удержать образующуюся при такой температуре плазму в определённом объёме в течение не менее 0,1 с, что также представляет очень сложную техническую проблему, поскольку соприкосновение плазмы со стенками сосуда приведёт к мгновенному её остыванию, а стенки сосуда в то же мгновение расплавятся.

Токамак

2. Стремясь осуществить управляемый термоядерный синтез, учёные разных стран изобретают и исследуют различные устройства для создания, нагревания и термоизоляции плазмы. Наиболее близко к условиям, требуемым для управляемого синтеза, удалось подойти с помощью установок, изобретённых российскими учёными и названных «токамак» (тороидальная камера с магнитными катушками).

Токамак — это вакуумная камера в форме тороида, на которую надеты катушки, создающие сильное магнитное поле (рис. 158). Камера с катушками ставится на железное ярмо и служит вторичным витком трансформатора. При изменении силы тока в первичной катушке, намотанной на ярмо, в камере возникает вихревое электрическое поле, происходит пробой и ионизация газа, заполняющего камеру, и возникает плазменный шнур с электрическим током. Этот ток нагревает плазму, а магнитное поле тока вместе с полем катушек теплоизолирует плазму от стенок. Учёным сегодня удалось нагреть плазму на этой установке до температуры 1,3 • 10⁷ К, однако удержать плазму в течение необходимого для термоядерной реакции времени пока не удаётся.

Создание термоядерного реактора, реальность которого очевидна для всех учёных, позволит решить проблему поиска новых источников энергии. Осуществление управляемого термоядерного синтеза даст человечеству практически неисчерпаемый источник энергии, так как запасы дейтерия в океанской воде огромны, а добыча его проста и дёшева.

Вопросы для самопроверки

1. Как можно осуществить термоядерную реакцию?

2. Почему реакции синтеза лёгких ядер могут протекать лишь при температурах порядка миллиона градусов?

3. Объясните принцип действия токамака.