Prezentare despre fizica reactiilor termonucleare. Schiță a unei lecții de fizică cu tema „Reacții termonucleare. Aplicarea energiei nucleare” (Clasa 11). Comparația energiei termonucleare și eliberată în timpul reacției de ardere

1 tobogan

2 tobogan

Reacție termonucleară - o reacție de fuziune a nucleelor ușoare la foarte temperatura ridicata, insotita de eliberarea de energie Energetic foarte benefica!!!

3 slide

Sinteza a 4 g de heliu Arderea a 2 vagoane de cărbune Comparația energiei termonucleare și eliberată în timpul reacției de ardere

4 slide

Condiţii pentru apariţia unei reacţii termonucleare Pentru a se produce o reacţie de fuziune, nucleii iniţiali trebuie să cadă în sfera de acţiune a forţelor nucleare (se apropie de o distanţă de 10-14 m), depăşind forţa de repulsie electrostatică. Acest lucru este posibil cu o energie cinetică mare a nucleelor. Pentru a face acest lucru, substanța trebuie să aibă o temperatură de 107 K. Prin urmare, reacția se numește „termonucleară” (din lat. therme-heat).

5 slide

Reacții termonucleare necontrolate Fuziunea termonucleară necontrolată are loc pe Soare de miliarde de ani. Conform uneia dintre ipoteze, patru nuclee de hidrogen se contopesc într-un nucleu de heliu în intestinele Soarelui. În acest caz, se eliberează o cantitate colosală de energie 2. Bombă cu hidrogen. Fotografie cu explozia primei bombe termonucleare franceze Canopus, care a fost testată pe 24 august 1968 în Polinezia Franceză.

6 diapozitiv

Cea mai puternică bombă testată a fost bomba cu hidrogen de 57 de megatone (57 milioane de tone de TNT), construită în URSS. Printre dezvoltatori s-au numărat Saharov, Kharitonov și Adamsky. În dimineața zilei de 30 octombrie 1961, la ora 11:32, o bombă aruncată de la o înălțime de 10 km a atins o înălțime de 4.000 de metri deasupra Novaiei Zemlia (URSS) și a fost activată. Locul exploziei semăna cu iadul - pământul era acoperit cu un strat gros de cenușă din pietre arse. Totul a luat foc pe o rază de 50 de kilometri de epicentru, deși înainte de explozie era zăpadă cât o ființă umană, la 400 de kilometri distanță, într-un sat abandonat, casele din lemn au fost distruse.. Puterea exploziei a fost de 10 ori mai mare decât cea a exploziei. puterea totală a tuturor explozivilor folosiți în al Doilea Război Mondial.

7 slide

Mecanismul de acțiune al bombei cu hidrogen. Secvența proceselor care au loc în timpul exploziei unei bombe cu hidrogen poate fi reprezentată după cum urmează. În primul rând, încărcătura inițiatoare a reacției termonucleare (o mică bombă atomică) din interiorul carcasei explodează, rezultând o fulgerare de neutroni și creând temperatura ridicată necesară inițierii fuziunii termonucleare. Neutronii bombardează insertul compus deuteriu-litiu-6. Litiul-6 este împărțit de neutroni în heliu și tritiu. Apoi începe o reacție termonucleară într-un amestec de deuteriu și tritiu, temperatura din interiorul bombei crește rapid, implicând din ce în ce mai mult cantitate mare hidrogen.

8 slide

Bombă cu hidrogen pentru aviația strategică Prima bombă cu hidrogen, stăpânită de producția de masă și adoptată de aviația strategică. Finalizarea dezvoltării - 1962 Muzeul RFNC-VNIITF, Snezhinsk.

9 slide

Beneficiile unei reacții de fuziune controlată Ideea unui reactor de fuziune a luat naștere în anii 1950. În prezent (2010) fuziunea termonucleară controlată nu a fost încă implementată. Energia termonucleară, care utilizează deuteriu și tritiu radioactiv absolut neradioactiv, dar în volume de mii de ori mai mici decât în energia nucleară, va fi mai ecologică. Și în eventuale situații de urgență, fondul radioactiv din apropierea centralei termonucleare nu va depăși indicatorii naturali. În același timp, pe unitatea de greutate a combustibilului termonuclear, se obține de aproximativ 10 milioane de ori mai multă energie decât din arderea combustibilului organic și de aproximativ 100 de ori mai mult decât din fisiunea nucleelor de uraniu. Această sursă este practic inepuizabilă, se bazează pe ciocnirea nucleelor de hidrogen, iar hidrogenul este cea mai comună substanță din univers. Această problemă a fost tratată în URSS de către I.V. Kurchatov, A.D. Saharov, I.E. Tamm, L.A. Artsimovici, E.P. Velihov

10 diapozitive

Principalele direcții ale cercetării CTS Problema principală este menținerea gazului la o temperatură de 107 K (plasmă) într-un spațiu închis. În prezent, două scheme principale de implementare a fuziunii termonucleare controlate sunt finanțate destul de intens. 1. Sisteme cvasi-staționare în care plasma este limitată de un câmp magnetic la o presiune relativ scăzută și temperatură ridicată. 2. Sisteme de impulsuri. În astfel de sisteme, CTS se realizează prin încălzirea pe termen scurt a țintelor mici care conțin deuteriu și tritiu prin laser de ultra-înaltă putere sau impulsuri ionice. O astfel de iradiere provoacă o succesiune de microexplozii termonucleare.

11 diapozitiv

TOKAMAK - cameră toroidală de vid pentru confinarea magnetică a plasmei. Plasma este ținută de un câmp magnetic, în interiorul căruia „cordul” de plasmă atârnă fără să atingă pereții camerei – „gogoșa”. Dezvoltat mai întâi la Institutul de Energie Atomică. Kurchatov pentru a studia problema fuziunii termonucleare controlate. Bobinele sunt înfășurate în jurul camerei pentru a crea camp magnetic. Aerul este mai întâi pompat din camera de vid, apoi este umplut cu un amestec de deuteriu și tritiu. Apoi, cu ajutorul unui inductor, se creează un câmp electric vortex în cameră. Inductorul este înfășurarea primară a unui transformator mare, în care camera TOKAMAK este înfășurarea secundară. Câmpul electric vortex face ca un curent să circule în plasmă și să o încălzească.

12 slide

Probleme ale fuziunii termonucleare controlate în TOKAMAK O creștere a presiunii plasmatice determină procese în ea care afectează negativ stabilitatea acestei stări a materiei. În el apar perturbații de tip „gât”, „șarpe”, ceea ce duce la ejectarea plasmei pe pereții camerei. Se prăbușesc și plasma se răcește. Câmpul magnetic ar trebui să împiedice plasma să se deplaseze peste liniile de forță. Până acum, TOKAMAK, al cărui câmp magnetic este creat cu ajutorul electromagneților supraconductori, necesită mai multă energie pentru a ține fasciculul de plasmă decât este eliberată din cauza fuziunii nucleelor. Până în prezent, este posibil să se obțină o densitate a plasmei de 1014 particule per cm3 pentru un timp de 1 s, ceea ce nu permite încă declanșarea unei reacții termonucleare auto-susținute. Produsul dintre densitatea plasmei și timpul de izolare ar trebui să fie de 20 de ori mai mare decât ceea ce se realizează în prezent. Pentru uz industrial, reacțiile de fuziune trebuie să ruleze continuu pentru perioade lungi de timp. Pentru a realiza reacția la scara necesară, este necesară creșterea presiunii în plasmă.

13 diapozitiv

În astfel de sisteme, CTS se realizează prin compresia pe termen scurt și încălzirea ultrarapidă a țintelor mici care conțin deuteriu și tritiu prin lasere super-puternice multicanal sau impulsuri ionice. O astfel de iradiere provoacă o reacție termonucleară în centrul țintei. Ținta CCF constă dintr-o carcasă goală (1), un strat dintr-un amestec solid de DT înghețat (2) și un gaz DT de densitate scăzută în centrul țintei (3). Ideea principală este de a implementa un astfel de regim de compresie țintă, atunci când doar partea sa centrală este adusă la temperatura de aprindere, iar cea mai mare parte a combustibilului rămâne rece. Apoi, unda de ardere se propagă la straturile de suprafață ale combustibilului.

14 slide

Laboratorul Național Livermore din California este cel mai puternic complex laser din lume. 192 de lasere puternice care vor fi îndreptate simultan către o țintă sferică milimetrică (aproximativ 150 de micrograme dintr-un amestec de deuteriu și tritiu). Ca urmare, temperatura țintă va ajunge la 100 de milioane de grade, în timp ce presiunea din interiorul mingii va fi de 100 de miliarde de ori mai mare decât presiunea atmosferei terestre. Adică, condițiile din centrul țintei vor fi comparabile cu condițiile din interiorul Soarelui. O instalație termonucleară în impulsuri este similară unui motor cu ardere internă, în care au loc explozii de combustibil, alimentat periodic în camera de lucru. Dificultățile CTS constau în problema încălzirii instantanee și uniforme a amestecului. Calculele arată că, dacă se ajunge la o densitate de 1000 de ori mai mare decât densitatea hidrogenului solid, atunci un milion de jouli va fi suficient pentru a aprinde o reacție termonucleară. Dar până acum, în configurațiile experimentale, densitatea crește doar cu un factor de 30-40. Obstacolul principal este uniformitatea insuficientă a iluminării țintei.

15 slide

Un reactor de fuziune va consuma cantități foarte mici de litiu și deuteriu. De exemplu, un reactor energie electrică 1 GW va arde aproximativ 100 kg de deuteriu și 300 kg de litiu pe an. Dacă presupunem că toate centralele termonucleare vor produce 5 1020 J pe an, i.e. jumătate din nevoile viitoare de energie electrică, atunci consumul total anual de deuteriu și litiu va fi de numai 1500 și 4500 de tone. Cu acest consum de deuteriu continut in apa (0,015%), va fi suficient pentru a asigura omenirea cu energie timp de multe milioane de ani. Fuziunea termonucleară este speranța energiei moderne

16 slide

Reactor termonuclear experimental internațional ITER Problema fuziunii termonucleare controlate este atât de complexă încât nicio țară nu poate face față ei singură. Prin urmare, comunitatea mondială a ales calea cea mai optimă - crearea unui proiect pentru un reactor experimental termonuclear internațional - ITER, la care participă în prezent, în afară de Rusia, Statele Unite, Uniunea Europeană, Japonia, China și Coreea de Sud. . Reactorul de fuziune va fi construit la Cadarache (Franța) și dat în funcțiune în jurul anului 2016. TOKAMAK ar trebui să devină baza primului reactor termonuclear experimental din lume.

17 slide

Combustibil de pe Lună (heliu-3) Această reacție necesită temperaturi mai ridicate, dar este ecologică, deoarece nu sunt eliberați neutroni care pătrund complet, ca în alte reacții nucleare, ci protoni încărcați, care sunt ușor de captat fără riscul ca materialele structurale devin radioactive. Durata de viață a reactorului crește semnificativ, designul este simplificat și fiabilitatea crește. Deoarece protonii poartă o sarcină electrică, devine posibilă transformarea directă a energiei termonucleare în energie electrică, ocolind pierderile de conversie termică. Pe Pământ există doar 4.000 de tone de heliu-3. Pentru aprovizionarea Rusiei sunt necesare aproximativ 20 de tone de heliu-3 pe an, iar pentru economia mondială modernă vor fi necesare aproximativ 200 de tone de heliu-3 pe an. Rezervele sale în solul lunii sunt de aproximativ 1 milion de tone.Extractia de heliu-3 este destul de în puterea departamentelor spațiale chiar și acum.

Condiţii pentru apariţia unei reacţii termonucleare Pentru a avea loc o reacţie de fuziune, nucleele iniţiale trebuie să cadă în sfera de acţiune a forţelor nucleare (se apropie de o distanţă de m), depăşind forţa de repulsie electrostatică. Acest lucru este posibil cu o energie cinetică mare a nucleelor. Pentru a face acest lucru, substanța trebuie să aibă o temperatură de 10 7 K. Prin urmare, reacția se numește „termonucleară” (din latină therme - căldură).

Reacții termonucleare necontrolate 1. Fuziunea termonucleară necontrolată are loc pe Soare de miliarde de ani. Conform uneia dintre ipoteze, patru nuclee de hidrogen se contopesc într-un nucleu de heliu în intestinele Soarelui. În acest caz, se eliberează o cantitate colosală de energie 2. Bombă cu hidrogen. Fotografie cu explozia primei bombe termonucleare franceze Canopus, care a fost testată pe 24 august 1968 în Polinezia Franceză.

Mecanismul de acțiune al bombei cu hidrogen. Secvența proceselor care au loc în timpul exploziei unei bombe cu hidrogen poate fi reprezentată după cum urmează. În primul rând, sarcina din interiorul carcasei explodează - inițiatorul unei reacții termonucleare (o mică bombă atomică), în urma căreia are loc o fulgerare de neutroni și se creează temperatura ridicată necesară pentru inițierea fuziunii termonucleare. Neutronii bombardează insertul compus deuteriu-litiu-6. Litiul-6 este împărțit de neutroni în heliu și tritiu. Apoi începe o reacție termonucleară într-un amestec de deuteriu și tritiu, temperatura din interiorul bombei crește rapid, implicând tot mai mult hidrogen în fuziune.

Principalele direcții ale cercetării CTS Problema principală este menținerea gazului la o temperatură de 10 7 K (plasmă) într-un spațiu închis. În prezent, două scheme principale de implementare a fuziunii termonucleare controlate sunt finanțate destul de intens. 1. Sisteme cvasi-staționare în care plasma este limitată de un câmp magnetic la o presiune relativ scăzută și temperatură ridicată. 2. Sisteme de impulsuri. În astfel de sisteme, CTS se realizează prin încălzirea pe termen scurt a țintelor mici care conțin deuteriu și tritiu prin laser de mare putere sau impulsuri ionice. O astfel de iradiere provoacă o succesiune de microexplozii termonucleare.

TOKAMAK este o cameră toroidală cu vid pentru confinarea magnetică a plasmei. Plasma este ținută de un câmp magnetic, în interiorul căruia „cordul” de plasmă atârnă fără să atingă pereții camerei – „gogoșa”. Dezvoltat mai întâi la Institutul de Energie Atomică. Kurchatov pentru a studia problema fuziunii termonucleare controlate. Bobinele sunt înfășurate pe cameră pentru a crea un câmp magnetic. Aerul este mai întâi pompat din camera de vid, apoi este umplut cu un amestec de deuteriu și tritiu. Apoi, cu ajutorul unui inductor, se creează un câmp electric vortex în cameră. Inductorul este înfășurarea primară a unui transformator mare, în care camera TOKAMAK este înfășurarea secundară. Câmpul electric vortex face ca un curent să circule în plasmă și să o încălzească.

Probleme ale fuziunii termonucleare controlate în TOKAMAK O creștere a presiunii plasmatice determină procese în ea care afectează negativ stabilitatea acestei stări a materiei. În el apar perturbații de tip „gât”, „șarpe”, ceea ce duce la ejectarea plasmei pe pereții camerei. Se prăbușesc și plasma se răcește. Câmpul magnetic ar trebui să împiedice plasma să se deplaseze peste liniile de forță. Până acum, TOKAMAK, al cărui câmp magnetic este creat cu ajutorul electromagneților supraconductori, necesită mai multă energie pentru a ține fasciculul de plasmă decât este eliberată din cauza fuziunii nucleelor. Până în prezent, a fost posibilă obținerea densității plasmatice a particulelor pe cm 3 pentru un timp de 1 s, ceea ce nu permite încă declanșarea unei reacții termonucleare auto-susținute. Produsul dintre densitatea plasmei și timpul de izolare ar trebui să fie de 20 de ori mai mare decât ceea ce se realizează în prezent. Pentru uz industrial, reacțiile de fuziune trebuie să ruleze continuu pentru perioade lungi de timp. Pentru a realiza reacția la scara necesară, este necesară creșterea presiunii în plasmă.

Laboratorul Național Livermore din California este cel mai puternic complex laser din lume. 192 de lasere puternice care vor fi îndreptate simultan către o țintă sferică milimetrică (aproximativ 150 de micrograme dintr-un amestec de deuteriu și tritiu). Ca urmare, temperatura țintă va ajunge la 100 de milioane de grade, în timp ce presiunea din interiorul mingii va fi de 100 de miliarde de ori mai mare decât presiunea atmosferei terestre. Adică, condițiile din centrul țintei vor fi comparabile cu condițiile din interiorul Soarelui. O instalație termonucleară în impulsuri este similară unui motor cu ardere internă, în care au loc explozii de combustibil, alimentat periodic în camera de lucru. Dificultățile CTS constau în problema încălzirii instantanee și uniforme a amestecului. Calculele arată că, dacă se ajunge la o densitate de 1000 de ori mai mare decât densitatea hidrogenului solid, atunci un milion de jouli va fi suficient pentru a aprinde o reacție termonucleară. Dar până acum, în configurațiile experimentale, densitatea crește doar cu un factor de 3040. Principalul obstacol este uniformitatea insuficientă a iluminării țintei.

Un reactor de fuziune va consuma cantități foarte mici de litiu și deuteriu. De exemplu, un reactor cu o putere electrică de 1 GW va arde aproximativ 100 kg de deuteriu și 300 kg de litiu pe an. Dacă presupunem că toate centralele termonucleare vor produce 5 · 10 20 J pe an, i.e. jumătate din nevoile viitoare de energie electrică, atunci consumul total anual de deuteriu și litiu va fi de numai 1500 și 4500 de tone. Cu acest consum de deuteriu continut in apa (0,015%), va fi suficient pentru a asigura omenirea cu energie timp de multe milioane de ani. Fuziunea termonucleară este speranța energiei moderne

Lecția de fizică clasa a 11-a. Profesorul Kreitser G.I.

Fizica atomică. Lecția #63

Subiectul lecției: reacții termonucleare

Tipul de lecție: combinat

Scopul lecției: Cunoașterea reacțiilor termonucleare

Sarcini:

Aflați despre reacțiile termonucleare

Dezvoltați abilitățile de muncă independentă, rezolvarea problemelor de calcul.

Cultivați o atitudine pozitivă față de învățare.

Resurse pentru lecție

Tabla interactiva;

Prezentare pentru lecție;

Fișe de activitate;

Carduri de sarcini;

Tabelul D.I. Mendeleev

Tabelul maselor atomice relative ale unor izotopi

Manual de fizica clasa a 11-a

Planul lecției

Etapa introductivă-motivativă

Actualizare de cunoștințe

Explorarea unui subiect nou

Lucrul cu manualul

Completarea fiselor de activitate

Ancorare

Rezolvarea problemei lui J. Verne

Sarcina de a calcula masa combustibilului termonuclear

Finalizarea sarcinilor de diferite niveluri

Rezumatul lecției

Controlul de testare

Emiterea temelor

Reflecţie

În timpul orelor

Etapa introductivă-motivativă

Eroul J. Verne Cyres Smith a prezis: „Când zăcămintele de cărbune se usucă, oamenii vor transforma apa în combustibil, oamenii vor fi încălziți de apă. Apa este cărbunele veacurilor viitoare” /diapozitivul 1/

Astăzi, în lecție, trebuie să răspundem la întrebarea: Este utopia o predicție sau conține un sâmbure de adevăr.

Actualizare de cunoștințe

În lecția anterioară, am vorbit despre reacțiile nucleare

Ce este o reacție nucleară?

Ce legi de conservare sunt valabile în timpul unei reacții nucleare?

Cum se desfășoară o reacție nucleară?

Care este semnificația reacțiilor nucleare pentru oameni? /slide2/

Se poate obține energia internă a nucleului

în fisiunea nucleelor grele. În reacţiile de fuziune a nucleelor uşoare./slide3/

Tema lecției noastre este „Reacții de fuziune” / slide 4 /

Învățarea de materiale noi

Lucrați cu textul manualului. Deschide p297, citește textul, evidențiind principalul lucru;

Fișe de activitate complete;

Discuție despre material nou

a) Ce este o reacție termonucleară?

b) Ce nuclee uşoare cunoaştem?

c) Care sunt rezervele de hidrogen de pe planeta noastră?

d) Care sunt dificultățile în implementarea fuziunii nucleare?

e) Unde au loc reacțiile termonucleare în Univers?

f) Au fost create reactoare termonucleare controlate?

Din cele spuse, putem concluziona că Cyrus Smith are dreptate. Apa poate fi într-adevăr combustibil. Câtă energie este eliberată în timpul fuziunii nucleare?

Ancorare

1 1 H + 1 1 H 4 2 He + ∆E /diapozitiv5/

Cât de mult deuteriu trebuie ars într-un reactor de fuziune anual pentru a satisface cererea curentă de energie, dacă este de 3 * 10 20 J? /slide6/

200 de tone de cărbune au fost aduse la școala noastră pentru iarnă. Cât deuteriu va fi nevoie pentru a satisface nevoile de energie ale școlii pentru iarnă?

Finalizarea independentă a sarcinilor de diferite niveluri (fiecare elev are un card de sarcini)

Rezumatul lecției

Testați finalizarea sarcinii /slide7/

reactie termonucleara...

Au loc reacții termonucleare

a) eliberarea de energie

B) cu absorbție de energie

C) cu absorbția de energie și eliberarea de energie

Într-o reacție de fuziune nucleară, masa de repaus a nucleului format ca urmare a reacției este __________ masa de repaus a nucleelor inițiale.

A) mai mult

B) mai puțin

C) egal

Plasma este...

Sinteza nucleelor de elemente ușoare se realizează la o temperatură de ______.

A) 100 K

C) 10 7 - 10 9 K

C) 0 K

Teme pentru acasă

rezolvarea problemelor de luat în considerare

faceți un test de 5 întrebări cu trei răspunsuri

Reflecţie

reacții termonucleare

Nivelul A

Completați ecuațiile reacțiilor nucleare

Nivelul B

Determinați randamentul energetic al unei reacții nucleare

1. 7 3 Li + 2 1 H 8 4 Be + 1 0 n

2. 2 1 H + 3 1 H 4 2 H + 1 0 n

Nivelul C

1. Ce frecvență are γ-kant 2 1 H + 2 1 H 4 2 He + γ emis în timpul unei reacții termonucleare dacă particulele α au o energie de 19,7 MeV?

Fișa de activitate

Știi: definiția reacției termonucleare, ce este fuziunea termonucleară

A fi capabil să: determinaţi produşii reacţiilor nucleare pe baza legilor de conservare

sarcina electrică și numărul de masă,

calculați energia cedată a reacțiilor nucleare

reactie termonucleara -

Suma masei în repaus a nucleelor elementelor ușoare este _______ masa în repaus a nucleului format atunci când se combină.

T implementarea minereului de fuziune nucleară

slide 2

Reacție termonucleară - o reacție de fuziune a nucleelor ușoare la o temperatură foarte ridicată, însoțită de eliberarea de energie

Eficient energetic!

slide 3

Comparația energiei termonucleare și eliberată în timpul reacției de ardere

Sinteza a 4 g heliu Arderea a 2 vagoane de cărbune

slide 4

Condiții pentru o reacție termonucleară

Pentru ca reacția de fuziune să aibă loc, nucleele inițiale trebuie să cadă în sfera de acțiune a forțelor nucleare (se apropie de o distanță de 10-14 m), depășind forța de repulsie electrostatică. Acest lucru este posibil cu o energie cinetică mare a nucleelor. Pentru a face acest lucru, substanța trebuie să aibă o temperatură de 107 K. Prin urmare, reacția se numește „termonucleară” (din lat. therme-heat).

slide 5

Reacții termonucleare necontrolate

De miliarde de ani, pe Soare are loc fuziunea termonucleară necontrolată. Conform uneia dintre ipoteze, patru nuclee de hidrogen se contopesc într-un nucleu de heliu în intestinele Soarelui. În acest caz, se eliberează o cantitate colosală de energie 2. Bombă cu hidrogen. Fotografie cu explozia primei bombe termonucleare franceze Canopus, care a fost testată pe 24 august 1968 în Polinezia Franceză.

slide 6

Slide 7

Mecanismul de acțiune al bombei cu hidrogen.

Secvența proceselor care au loc în timpul exploziei unei bombe cu hidrogen poate fi reprezentată după cum urmează. În primul rând, încărcătura inițiatoare a reacției termonucleare (o mică bombă atomică) din interiorul carcasei explodează, rezultând o fulgerare de neutroni și creând temperatura ridicată necesară inițierii fuziunii termonucleare. Neutronii bombardează insertul compus deuteriu-litiu-6. Litiul-6 este împărțit de neutroni în heliu și tritiu. Apoi începe o reacție termonucleară într-un amestec de deuteriu și tritiu, temperatura din interiorul bombei crește rapid, implicând tot mai mult hidrogen în fuziune.

Slide 8

Bombă cu hidrogen pentru aviația strategică

Prima bombă cu hidrogen, stăpânită de producția de masă și adoptată de aviația strategică. Finalizarea dezvoltării - 1962 Muzeul RFNC-VNIITF, Snezhinsk.

Slide 9

Slide 10

Principalele direcții de cercetare ale UTS

Problema principală este menținerea gazului la o temperatură de 107 K (plasmă) într-un spațiu închis. În prezent, două scheme principale de implementare a fuziunii termonucleare controlate sunt finanțate destul de intens. 1. Sisteme cvasi-staționare în care plasma este limitată de un câmp magnetic la presiune relativ scăzută și temperatură ridicată. 2. Sisteme de impulsuri. În astfel de sisteme, CTS se realizează prin încălzirea pe termen scurt a țintelor mici care conțin deuteriu și tritiu prin laser de mare putere sau impulsuri ionice. O astfel de iradiere provoacă o succesiune de microexplozii termonucleare.

slide 11

TOKAMAK - cameră toroidală de vid pentru confinarea magnetică a plasmei. Plasma este ținută de un câmp magnetic, în interiorul căruia „cordul” de plasmă atârnă fără să atingă pereții camerei – „gogoșa”. Dezvoltat mai întâi la Institutul de Energie Atomică. Kurchatov pentru a studia problema fuziunii termonucleare controlate. Bobinele sunt înfășurate pe cameră pentru a crea un câmp magnetic. Aerul este mai întâi pompat din camera de vid, apoi este umplut cu un amestec de deuteriu și tritiu. Apoi, cu ajutorul unui inductor, se creează un câmp electric vortex în cameră. Sisteme cvasi-staționare Inductorul este înfășurarea primară a unui transformator mare, în care camera TOKAMAK este înfășurarea secundară. Câmpul electric vortex face ca un curent să circule în plasmă și să o încălzească.

slide 12

Probleme ale fuziunii termonucleare controlate în TOKAMAK

O creștere a presiunii în plasmă determină procese în ea care afectează negativ stabilitatea acestei stări a materiei. În el apar perturbații de tip „gât”, „șarpe”, ceea ce duce la ejectarea plasmei pe pereții camerei. Se prăbușesc și plasma se răcește. Câmpul magnetic ar trebui să împiedice plasma să se deplaseze peste liniile de forță. Până acum, TOKAMAK, al cărui câmp magnetic este creat cu ajutorul electromagneților supraconductori, necesită mai multă energie pentru a ține fasciculul de plasmă decât este eliberată din cauza fuziunii nucleelor. Până în prezent, este posibil să se obțină o densitate a plasmei de 1014 particule per cm3 pentru un timp de 1 s, ceea ce nu permite încă declanșarea unei reacții termonucleare auto-susținute. Produsul dintre densitatea plasmei și timpul de izolare ar trebui să fie de 20 de ori mai mare decât ceea ce se realizează în prezent. Pentru uz industrial, reacțiile de fuziune trebuie să ruleze continuu pentru perioade lungi de timp. Pentru a realiza reacția la scara necesară, este necesară creșterea presiunii în plasmă.

slide 13

În astfel de sisteme, CTS se realizează prin compresia pe termen scurt și încălzirea ultrarapidă a țintelor mici care conțin deuteriu și tritiu prin lasere super-puternice multicanal sau impulsuri ionice. O astfel de iradiere provoacă o reacție termonucleară în centrul țintei. Sisteme pulsate Ținta pentru CCF constă dintr-o carcasă goală (1), un strat dintr-un amestec solid de motorină congelată (2) și un gaz de combustibil diesel de joasă densitate în centrul țintei (3). Ideea principală este de a implementa un astfel de regim de compresie țintă, atunci când doar partea sa centrală este adusă la temperatura de aprindere, iar cea mai mare parte a combustibilului rămâne rece. Apoi, unda de ardere se propagă la straturile de suprafață ale combustibilului.

Slide 14

Laboratorul Național Livermore din California este cel mai puternic complex laser din lume.

192 de lasere puternice care vor fi îndreptate simultan către o țintă sferică milimetrică (aproximativ 150 de micrograme dintr-un amestec de deuteriu și tritiu). Ca urmare, temperatura țintă va ajunge la 100 de milioane de grade, în timp ce presiunea din interiorul mingii va fi de 100 de miliarde de ori mai mare decât presiunea atmosferei terestre. Adică, condițiile din centrul țintei vor fi comparabile cu condițiile din interiorul Soarelui. O instalație termonucleară în impulsuri este similară unui motor cu ardere internă, în care au loc explozii de combustibil, alimentat periodic în camera de lucru. Dificultățile CTS constau în problema încălzirii instantanee și uniforme a amestecului. Calculele arată că, dacă se ajunge la o densitate de 1000 de ori mai mare decât densitatea hidrogenului solid, atunci un milion de jouli va fi suficient pentru a aprinde o reacție termonucleară. Dar până acum, în configurațiile experimentale, densitatea crește doar cu un factor de 30-40. Obstacolul principal este uniformitatea insuficientă a iluminării țintei.

slide 15

Un reactor de fuziune va consuma cantități foarte mici de litiu și deuteriu. De exemplu, un reactor cu o putere electrică de 1 GW va arde aproximativ 100 kg de deuteriu și 300 kg de litiu pe an. Dacă presupunem că toate centralele termonucleare vor produce 5 1020 J pe an, i.e. jumătate din nevoile viitoare de energie electrică, atunci consumul total anual de deuteriu și litiu va fi de numai 1500 și 4500 de tone. Cu acest consum de deuteriu continut in apa (0,015%), va fi suficient pentru a asigura omenirea cu energie timp de multe milioane de ani. Fuziunea termonucleară este speranța energiei moderne

slide 16

Reactor Termonuclear Experimental Internațional ITER

Problema fuziunii termonucleare controlate este atât de complexă încât nicio țară nu o poate face față singură. Prin urmare, comunitatea mondială a ales calea cea mai optimă - crearea unui proiect pentru un reactor experimental termonuclear internațional - ITER, la care participă în prezent, în afară de Rusia, Statele Unite, Uniunea Europeană, Japonia, China și Coreea de Sud. . Reactorul de fuziune va fi construit la Cadarache (Franța) și dat în funcțiune în jurul anului 2016. TOKAMAK ar trebui să devină baza primului reactor termonuclear experimental din lume.

Slide 17

Combustibil de pe Lună (heliu-3)

Această reacție necesită temperaturi mai ridicate, dar este ecologică, deoarece nu sunt eliberați neutroni care pătrund complet, ca în alte reacții nucleare, ci protoni încărcați, care sunt ușor de captat fără riscul ca materialele structurale să devină radioactive. Durata de viață a reactorului crește semnificativ, designul este simplificat și fiabilitatea crește. Deoarece protonii poartă o sarcină electrică, devine posibilă transformarea directă a energiei termonucleare în energie electrică, ocolind pierderile de conversie termică. Pe Pământ există doar 4.000 de tone de heliu-3. Pentru aprovizionarea Rusiei sunt necesare aproximativ 20 de tone de heliu-3 pe an, iar pentru economia mondială modernă vor fi necesare aproximativ 200 de tone de heliu-3 pe an. Rezervele sale în solul lunii sunt de aproximativ 1 milion de tone.Extractia de heliu-3 este destul de în puterea departamentelor spațiale chiar și acum.

Slide 18

Vizualizați toate diapozitivele

Schița lecției

« »

1.Articol: FIZICĂ

2. Nota: 11

3. Tema și numărul lecției din subiect: Fizica nucleului atomic (16 lecții)

4. Tutorial de bază: "Fizică. Clasa 11 ”, G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, V. M. Charugin, M., Educație, 2014

5. Scopul lecției: pentru a se familiariza cu cursul unei reacții termonucleare și cu utilizarea energiei nucleare.

6. Rezultate planificate:

- subiect : elevul învață despre reacția de fuziune a nucleelor ușoare la o temperatură foarte ridicată, despre rolul unei reacții termonucleare în evoluția Universului;

elevul se va familiariza cu reacția interacțiunii deuteriului și tritiului hidrogen.

- metasubiect:

de reglementare : elevul stabilește în mod independent obiective și planifică modalități de a le atinge; își distribuie timpul;

elevul își evaluează capacitatea de a atinge scopul;

comunicativ: elevul își exprimă pe deplin și cu acuratețe gândurile; organizează și planifică relațiile de învățare cu profesorul și colegii;

cognitiv: elevul dă definiții conceptelor, elevul are ocazia de a se familiariza cu importanța utilizării unei surse inepuizabile de energie de ordinul a 17 MeV;

-personal : elevul va avea posibilitatea de a-și forma o motivație educațională și cognitivă stabilă, pregătire pentru autoeducare și autoeducare.

7. Tipul de lecție: lecția de învățare.

8. Forme de muncă elevilor : individual, frontal.

9.Echipament tehnic necesar: computer, proiector, manual, ecran, Resurse educaționale electronice: informaționale,(), player OMC instalat.

Structura și cursul lecției

I. Moment organizatoric

Salutari;

Definiția absent;

Verificarea gradului de pregătire a elevilor pentru lecție;

Organizarea atentiei.

II . Actualizarea cunoștințelor

La începutul acestei lecții, trebuie să revizuiți materialul studiat, care va fi necesar pentru ca noi să studiem material nou.

III . Motivația pentru activități de învățare

Sunt două fundamentale diferite căi eliberare de energie nucleară: fisiunea nucleelor grele și fuziunea nucleelor ușoare (fuziunea termonucleară).

În timpul fuziunii nucleelor ușoare și formării unui nou nucleu, o cantitate mare de energie ar trebui eliberată. Acest lucru se poate observa din dependența energiei specifice de legare de numărul de masă A. Până la nucleele cu un număr de masă de aproximativ 60, energia de legare specifică a nucleonilor crește odată cu creșterea A. Prin urmare, sinteza oricărui nucleu cu A< 60 из более легких ядер должен сопровождаться выделением энергии. Общая масса продуктов реакции синтеза будет в этом случае меньше массы первоначальных частиц.

Orez. 1.1. Dependența energiei specifice de legare a nucleului de numărul de masă

IV . Autodeterminarea activității. Stabilirea obiectivelor. Formularea temei lecției.

Încercați să formulați scopul lecției.

Este posibil să obțineți energie folosind nuclee ușoare? Ce este cel mai probabil să se întâmple?

Toate acestea le veți învăța astăzi în această lecție.

Vă rugăm să scrieți subiectul lecției:« reacții termonucleare. Aplicații ale energiei nucleare»

V . Construirea unui proiect pentru a scăpa de necazuri

Vă rugăm să vă familiarizați cu informațiile vizuale despre fuziunea nucleelor ușoare: un model pentru demonstrarea fuziunii heliului,reacții termonucleare în stele fierbinți controlate de reacții termonucleare, surse de energie stelară, folosind ESM de natură informațională:

Studiați subiectul mai detaliat în manual (pag. 320-324) și găsiți răspunsuri la următoarele întrebări:

Profesorul rezumă lecția, se concentrează pe rezultatele finale ale activităților educaționale. Da note pentru lecție.

Profesorul le cere elevilor să continue propoziția:

Am aflat…

Acum pot…

mi-a fost greu...

Imi place…

eu X. Teme pentru acasă (profesorul explică temele)

Totul despre tuning auto