1. Атом ядросының құрамы, зарядтары, массасы
Жеңіл ядролар синтезі. Термоядролық реакциялар. Басқарылатын термоядролық синтез
жүктеу/скачать 3,96 Mb.
|
Ядеркаааааааааааааааааа
| 45.Жеңіл ядролар синтезі. Термоядролық реакциялар. Басқарылатын термоядролық синтез.Бұл тұрғыдан болашағы мол реакциялардың қатарына, көрші ядроларға қарағанда меншікті байланыс энергиясы үлкен ядросын синтездеу реакциясын және басқа ең жеңіл ядролардың синтезделу реакцияларын жатқызуға болады. Мысалы:
(7.1) Ядролық бөліну кезінде бөлініп шығатын энергия (200МэВ) ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергиядан ( 20МэВ) әлдеқайда көп сияқты. Осыған қарамастан термоядролық реакцияларға көп ықылас бөлінеді. Екі реакцияның тиімділігін анықтау үшін реакция кезінде бөлінетін жалпы энергияны емес, меншікті, оның бірлік массасына немесе бір нуклонға келетін энергияны қарастыру керек. Мысалы, уран-235-тің бір грамында дейтерийдің бір грамынан 235/2 есе кем ядро болады. Бір уран-235 ядросы бөлігінде 200МэВ-қа жуық энергия, ал екі дейтерий ядросының қатысуымен ядросынын синтезі кезінде орта есеппен 3,6МэВ энергия бөлініп шығады. Бұл ядролық синтез кезінде бөлініп шығатын энергияның ең азы деуге болады. Жоғарыда келтірілген басқа реакциялардың энергиясы одан көп. Осыдан 1 грамм отын жанғанда бөлініп шығатын меншікті энергия бұл екі процесс үшін бірдей дерлік. Екі құбылыс үшін де энергияның шығымы 23МВтсағ/г. Егер дейтерийдің 1 грамының бағасы уранның 1 грамының бағасынан 100 есе кем, және жер шарындағы дейтерийдің қоры сарқылмастай көп, ал бөлінетін заттардың қоры туралы олай деуге болмайтынын ескерсек, басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру жолын іздестірудің экономикалық тиімді екені түсінікті болады. Термоядролық реакцияларда энергия өндіруді (7.6) реакциясын макроскоптық мөлшерде іске асырумен байланыстырады. Бұл реакцияға ең кіші кулондық тосқауыл мен төменгі энергиялар кезінде ең жоғары қима тән. Кулондық тосқауылды жеңу үшін ядроларға жеткілікті жоғары энергия беру керек. Қазір термоядролық реакцияларды іске асырудың жалғыз мүмкіндігі реакцияға қатысатын ядролардың қоспасының температурасын, реакциялар іске асуға қажет жүздеген миллион Кельвинге дейін көтеру болып есептеледі. Мұндай температуралар кезінде кезкелген зат толық иондалған плазма күйіне көшеді. Сондықтан, термоядролық реакцияны іске асыру мәселесі ұзақ сақталатын жоғары температуралы плазма алудың технологиялық мәселесіне тіреледі. Плазманың көлем бірлігінде бірлік уақыт ішінде өтетін бірігу реакциясының саны (7.7) формуласымен беріледі. na мен nb көлем бірлігіндегі реакцияға қатысатын ядролардың саны, -бірігу реакциясының ықтималдылығы. Ол реакцияның әсерлік қимасының бөлшектердің жылдамдығына көбейтіндісінің жылдамдық бойынша орташаланған мәніне тең (7.8) -тек температураға ғана тәуелді. Осылардан көлем бірлігінде уақыт ішінде бөлінетін энергия (7.9) Егер бөлшек/см3, температура Т100кэВ (плазма физикасында температураны энергия бірлігі эВ немесе кэВ пен өлшейді; 1кэВ 11,6106К температураға сәйкес келеді) тритон мен дейтронның бірігу реакциясында бөлінетін энергия 103Вт/(см3.с)-ға жуық. Басқарылатын термоядролық реакцияларда бөлініп шығатын энергия плазманы қыздыру мен ұстауға жұмсалатын энергиядан артық, ең болмағанда оған тең болуы тиіс. (7.8-7.9) формулаларынан өзін-өзі сүйемелдейтін термоядролық реакциялар өту үшін 3 шарт орындалуы керек: плазма қажет температураға дейін қыздырылған болу керек, плазманың тығыздығы жеткілікті жоғары болуы керек және жоғары температура мен тығыздық плазмада жеткілікті уақыт сақталуы тиіс. Көлем бірлігінде бөлшек бар плазманы Т температураға дейін қыздыру үшін энергия жұмсау керек, мұнда -Больцман тұрақтысы. Сонда, термоядролық реактор жұмыс істеу үшін (7.10) шарты орындалуы керек. Осыдан энергияның басқа шығындарын елемеген кезде реактордың орнықты жұмыс істеу шартын (7.11) түрінде жазуға болады. Мұндағы -функциясы плазмадағы жылу алмасу құбылысына тәуелді. -шамасы ұстау көрсеткіші деп аталады. Реакция жағдайларда ғана өтеді. Осыларды ескеріп есептеулер өзін-өзі сүйемелдейтін дейтон-тритондық реакция үшін (7.12) шарты қанағаттандырылуы керектігін береді. (7.12)-шарты Лоусон критериі деп аталады. d+d және d+ реакциялары үшін лоусон критериі мынадай (7.13) Бұлар d+t реакциясының орындалуы ең оңай реакция екенін қостайды. Сонымен, басқарылатын термоядролық реакцияларды іске асыру үшін, Лоусон қритериін қанғаттандаратын плазма алу керектігі шығады. Лоусон критериінің орындалуын қамтамасыз етудің мынадай жолдары ұсынылды (d-t плазма үшін) . Жоғары (108К) температуралық плазма алу үшін мынадай қыздыру механизмдерін қолдануға болады. а) Плазма арқылы тоқ өткенде бөлініп шығатын джоулдік жылуды пайдалану. Бұл механизм қыздырудың алғашқы кезендері үшін ғана пайдалы. Жоғары температуралар кезінде плазманың кедергісі күрт төмендеп кетеді. Осыдан плазмадан тоқ өту кезінде бөлінетін жылу мардымсыз болады. б) Плазманы ол арқылы тоқ өткенде пайда болатын электродинамикалық күштердің көмегімен қысу. Бұл қысу плазмадағы параллель тоқ сызықтарының өзара тартылуынан (пинч-эффекттен) туады. Мұндай тез қысу кезінде қыздырудың екі түрі: адиабаттық қыздыру мен соғылу толқындары мен турбуленттік құбылыстардың әсерінен қыздыру орын алады. в) Жоғары жиілікті электромагниттік өріспен қыздыру. г) Бейтарап жоғары энергиялы атомдардың шоғымен қыздыру д) Қарқынды лазерлік нұрмен қыздыру е) Қарқынды электрон шоқтарымен қыздыру Аталған әдістер плазманың температурасын жеткілікті деңгейге дейін көтеруге мүмкіндік береді. Сонда, мәселе Лоусон критериін қамтамасыз етуге, яғни плазмадағы бөлшектердің тығыздығы мен ыстық плазманы белгілі көлемнен шығармай ұстау уақыты ұзақтығының көбейтіндісінің қажет м жүктеу/скачать 3,96 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|