Учебное пособие Алматы 2013 ббк удк номер
§7.1 Термоядерные реакции в лабораторных условиях
жүктеу/скачать 1,73 Mb.
|
treatise11751
| §7.1 Термоядерные реакции в лабораторных условиях
Реакции углеродного и водородного цикла идут слишком медленно, чтобы их практически можно было использовать. Из реакций синтеза легких ядер наиболее перспективны следующие три: так как для них наиболее низок кулоновский барьер. Две первые реакции при одинаковой температуре идут примерно с равными вероятностями, скорость 3-ей реакции при эквивалентных концентрациях примерно в 100 раз больше. Третья реакция самая выгодная. Максимальное значение эффективного сечения для этой реакции намного больше, а энергия, соответствующая этому значению, намного меньше. Важным достоинством является большое значение Q=17,6 МэВ. Недостатком данной реакции является использование трития в качестве исходного материала. Этот изотоп водорода с Т1/2=12,3 года практически отсутствует в природе. Но он может быть получен в реакциях: Эти реакции предлагается использовать в самом термоядерном реакторе для воспроизводства трития. В реальных условиях в дейтерии будут идти также реакции и , поскольку и образуются в реакциях несомненное достоинство ( ) реакций состоит в том, что для их реализации необходим только дейтерий – термоядерное топливо, запасы которого в природе практически неограничены. Другое достоинство – ни в одной реакций синтеза не образуются долгоживущие радиоактивные нуклиды. Правда в 2-х из них присутствует тритий, опасный для окружающей среды в связи со значительным эффектом биологического воздействия радиоактивного трития. Расчеты показали, что минимальная температура, при которой реакция поддерживается без вмешательства извне, равна примерно 350 млн. градусам, для реакции она ниже, но тем не менее составляет примерно 60 млн. градусов. Составные части плазмы обладают высокой кинетической энергией и, следовательно, стремятся разлететься и унести с собой энергию. Отсюда проблема удержания плазмы в течении большого времени. Плазма – горячая. Какие стенки могут удержать плазму с температурой в млн. градусов. Любое вещество при этих температурах не только испаряется, но и полностью ионизуется. Поэтому удерживать её обычным способом, заключив в какой-либо сосуд нельзя. Отсюда проблема изоляции плазмы от стенок реактора. Плазма состоит из ядер и электронов, обмен энергией между которыми происходит малыми порциями из-за малой массы электронов. Вместе с тем быстрые е- теряют энергию в механизме тормозного и синхротронного излучения. Для компенсации этих потерь и получения избыточной полезной энергии необходима большая плотность плазмы (1014 – 1016 част/см3). В воздухе плотность 3*1019 част/см3, следовательно, надо брать разреженный газ. Наконец, из общих соображений очевидно, что относительная величина потерь уменьшается с ростом размеров установки. Итак, высокая температура, достаточно большое время удержания, надежная изоляция, высокая плотность, большие размеры. Для поддержания требуемой температуры плазма должна подогреваться. Подогрев термоядерной плазмы возможен за счет энергий, выделяемой в самих реакциях синтеза ядер. Той ее части, которая превращается в кинетическую энергию. Ядер топлива, может оказаться достаточно для инициирования последующих реакций и, значит, поддержания цепной реакций синтеза. В плазме практически полностью остается энергия заряженных частиц, образующихся в реакциях. Торможение заряженных частиц дает около 20% мощности. Кинетическая энергия нейтронов превращается в тепловую вне объема, занимаемого плазмой (примерно 80% мощности). Плазма в термоядерном реакторе нагревается до температуры зажигания Т0. За время существования плазмы τ, называемое временем удержания, в ней успевает прореагировать количество ядер, ~ nτ (n– плотность ядер). nτ – называют – параметром удержания. Время удержания плазмы τопределяется запасом энергии в плазме Q и потерей энергии W (на нагревание стенок, торомозное излучение е- испускание нейтронов). . Чем меньше потреи, тем больше время удержания. жүктеу/скачать 1,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|