1 слайд
2 слайд
Термоядерная реакция - реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии Энергетически очень выгодна!!!
3 слайд
Синтез 4 г гелия Сгорание 2 вагонов каменного угля Сравнение термоядерной энергии и выделяющейся при реакции горения
4 слайд
Условия протекания термоядерной реакции Для того, чтобы произошла реакция синтеза, исходные ядра должны попасть в сферу действия ядерных сил(сблизиться на расстояние 10-14 м), преодолев силу электростатического отталкивания. Это возможно при большой кинетической энергии ядер. Для этого вещество должно иметь температуру 107 К. Поэтому реакция названа «термоядерной»(от лат. therme-тепло).
5 слайд
Неуправляемые термоядерные реакции На Солнце уже миллиарды лет происходит неуправляемый термоядерный синтез. По одной из гипотез в недрах Солнца происходит слияние 4 ядер водорода в ядро гелия. При этом выделяется колоссальное количество энергии 2. Водородная бомба. Фотография взрыва первой французской термоядерной бомбы Канопус, которая была испытана 24 августа 1968 года во Французской Полинезии.
6 слайд
Самой мощной из испытанных бомб была водородная бомба мощностью 57 мегатонн (57 миллионов тонн тротилового эквивалента), создана в СССР. Среди разработчиков были Сахаров, Харитонов и Адамский. Утром 30 октября 1961 года в 11:32 бомба, сброшенная с высоты 10 км, достигла высоты 4000 метров над Новой Землей (СССР) и была приведена в действие. Место взрыва напоминало ад – землю устилал толстый слой пепла от сгоревших скал. В радиусе 50 километров от эпицентра все горело, хотя перед взрывом здесь лежал снег высотой в человеческий рост, в 400 километрах в заброшенном поселке были разрушены деревянные дома.. Мощность взрыва в 10 раз превысила суммарную мощность всех взрывчатых веществ, использованных во второй мировой войне.
7 слайд
Механизм действия водородной бомбы. Последовательность процессов, происходящих при взрыве водородной бомбы, можно представить следующим образом. Сначала взрывается находящийся внутри оболочки заряд-инициатор термоядерной реакции (небольшая атомная бомба), в результате чего возникает нейтронная вспышка и создается высокая температура, необходимая для инициации термоядерного синтеза. Нейтроны бомбардируют вкладыш из соединения дейтерия с литием-6. Литий-6 под действием нейтронов расщепляется на гелий и тритий. Затем начинается термоядерная реакция в смеси дейтерия с тритием, температура внутри бомбы стремительно нарастает, вовлекая в синтез все большее и большее количество водорода.
8 слайд
Водородная бомба для стратегической авиации Самая первая водородная бомба, освоенная серийным производством и принятая на вооружение стратегической авиации. Окончание разработки - 1962 г. Музей РФЯЦ–ВНИИТФ г.Снежинск.
9 слайд
Преимущества управляемой термоядерной реакции Идея создания термоядерного реактора зародилась в 1950-х годах. В настоящее время (2010) управляемый термоядерный синтез ещё не осуществлён. Термоядерная энергетика, в которой используется абсолютно нерадиоактивный дейтерий и радиоактивный тритий, но в объемах в тысячи раз меньших, чем в атомной энергетике, будет более экологически чистой. А в возможных аварийных ситуациях радиоактивный фон вблизи термоядерной электростанции не превысит природных показателей. При этом на единицу веса термоядерного топлива получается примерно в 10 млн. раз больше энергии, чем при сгорании органического топлива, и примерно в 100 раз больше, чем при расщеплении ядер урана. Источник этот практически неисчерпаем, он основан на столкновении ядер водорода, а водород - самое распространенное вещество во Вселенной. Этой проблемой занимались в CCCР И.В. Курчатов, А.Д. Сахаров, И.Е. Тамм, Л.А.Арцимович, Е.П. Велихов
10 слайд
Основные направления исследований УТС Основная проблема – удержать газ при температуре 107 К (плазму) в замкнутом пространстве. На данный момент достаточно интенсивно финансируются две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза. 1. Квазистационарные системы, в которых удержание плазмы осуществляется магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре. 2. Импульсные системы. В таких системах УТС осуществляется путем кратковременного нагрева небольших мишеней, содержащих дейтерий и тритий, сверхмощными лазерными или ионными импульсами. Такое облучение вызывает последовательность термоядерных микровзрывов.
11 слайд
ТОКАМАК- тороидальная вакуумная камера для магнитного удержания плазмы. Плазма удерживается магнитным полем, внутри которого плазменный «шнур» висит, не касаясь стенок камеры – «бублика». Впервые разработан в Институте атомной энергии им. Курчатова для исследования проблемы управляемого термоядерного синтеза. На камеру намотаны катушки для создания магнитного поля. Из вакуумной камеры сначала откачивают воздух, а затем заполняют её смесью дейтерия и трития. Затем, с помощью индуктора, в камере создают вихревое электрическое поле. Индуктор представляет собой первичную обмотку большого трансформатора, в котором камера ТОКАМАКа является вторичной обмоткой. Вихревое электрическое поле вызывает протекание тока в плазме и её нагрев.
12 слайд
Проблемы управляемого термоядерного синтеза в ТОКАМАКе Увеличение давления в плазме вызывает в ней процессы, отрицательно сказывающиеся на устойчивости этого состояния вещества. В ней возникают возмущения типа «шейки», «змейки» , что ведёт к выбрасыванию плазмы на стенки камеры. Они разрушаются и плазма остывает. Магнитное поле должно препятствовать движению плазмы поперек силовых линий. Пока ТОКАМАК, магнитное поле которого создаётся при помощи сверхпроводящих электромагнитов, требует для удержания жгута плазмы больше энергии, чем выделяется вследствие слияния ядер. Пока удаётся получить плотность плазмы 1014 частиц на см3 на время 1 с, что не позволяет пока запустить самоподдерживающуюся термоядерную реакцию. Произведение плотности плазмы на время удержания должны быть в 20 раз больше, чем достигнуто сейчас. Для промышленного использования реакции термоядерного синтеза должны идти непрерывно в течение длительного времени. Чтобы добиться протекания реакции в требуемом масштабе, необходимо поднять давление в плазме.
13 слайд
В таких системах УТС осуществляется путем кратковременного сжатия и сверхбыстрого нагрева небольших мишеней, содержащих дейтерий и тритий, сверхмощными многоканальными лазерами или ионными импульсами. Такое облучение вызывает в центре мишени термоядерную реакцию. Мишень для УТС состоит из полой оболочки (1), слоя твердой замороженной ДТ смеси (2) и ДТ газа низкой плотности в центре мишени (3). Главная идея - осуществление такого режима сжатия мишени, когда до температуры зажигания доводится лишь ее центральная часть, а основная масса топлива остается холодной. Затем волна горения распространяется к поверхностным слоям топлива.
14 слайд
Ливерморская национальная лаборатория в Калифорнии - самый мощный в мире лазерный комплекс. 192 мощных лазера, которые будут одновременно направляться на миллиметровую сферическую мишень (около 150 микрограммов смеси дейтерия и трития). Температура мишени достигнет в результате 100 млн. градусов, при этом давление внутри шарика в 100 млрд. раз превысит давление земной атмосферы. То есть условия в центре мишени будут сравнимы с условиями внутри Солнца. Импульсная термоядерная установка подобна двигателю внутреннего сгорания, в котором происходят взрывы горючего, периодически подаваемого в рабочую камеру. Трудности УТС заключаются в проблеме мгновенно и равномерно нагреть смесь. Расчеты показывают, что если достичь плотности в 1000 раз выше плотности твердого водорода, то одного миллиона джоулей будет достаточно для поджига термоядерной реакции. Но пока в экспериментальных установках плотность возрастает лишь в 30-40 раз. Основное препятствие- недостаточная равномерность освещения мишени.
15 слайд
Термоядерный реактор будет потреблять очень небольшое количество лития и дейтерия. Например, реактор с электрической мощностью 1 ГВт будет сжигать около 100 кг дейтерия и 300 кг лития в год. Если предположить, что все термоядерные электростанции будут производить 5 ·1020 Дж в год, т.е. половину будущих потребностей электроэнергии, то общее годовое потребление дейтерия и лития составят всего 1500 и 4500 тонн. При таком потреблении содержащегося в воде дейтерия (0,015%) хватит на то, чтобы снабжать человечество энергией в течение многих миллионов лет. Термоядерный синтез-надежда современной энергетики
16 слайд
Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР Проблема управляемого термоядерного синтеза настолько сложна, что самостоятельно с ней не справится ни одна страна. Поэтому мировое сообщество избрало самый оптимальный путь - создание проекта международного термоядерного экспериментального реактора - ИТЭР, в котором на сегодня участвуют, кроме России, США, Евросоюз, Япония, Китай и Южная Корея. Термоядерный реактор будет построен в Кадараше (Франция) и введен в эксплуатацию примерно в 2016 году. Именно ТОКАМАК должен стать основой первого в мире экспериментального термоядерного реактора.
17 слайд
Топливо с Луны (гелий-3) Эта реакция требует более высоких температур, но является экологически чистой, поскольку выделяются не всепроникающие нейтроны, как в других ядерных реакциях, а заряженные протоны, которые несложно уловить без риска, что конструкционные материалы станут радиоактивными. Срок службы реактора значительно возрастает, конструкция упрощается, надежность возрастает. Так как протоны несут электрический заряд, возникает возможность прямого преобразования термоядерной энергии в электрическую, минуя потери на тепловое преобразование. На Земле гелия-3 всего 4 тысячи тонн. Для обеспечения России нужно приблизительно 20 тонн гелия-3 в год, для современной мировой экономики потребуется около 200 т гелия- 3 в год. Его запасы в грунте Луны составляет около 1 млн. т. Добыча гелия-3 вполне по силам космическим ведомствам уже сейчас.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Термоядерная реакция
Что такое термоядерная реакция? Реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии, называется термоядерной реакцией.
Примеры термоядерных реакций:
1 г. U - 75 МДж = 3 тонны угля 1 г. дейтерий-тритиевой смеси– 300 МДж = ? тонн угля. Энергетический выход реакций
Термоядерный синтез – неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Вывод:
Подробно о реакции Для слияния необходимо, чтобы расстояние между ядрами приблизительно было равно 0,000 000 000 001 см. Однако этому препятствуют кулоновские силы. Они могут быть преодолены при наличии у ядер большой кинетической энергии. Особенно большое практическое значение имеет то, что при термоядерной реакции на каждый нуклон выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции, например, при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ, а при делении ядра урана на один нуклон приходится »0,9 МэВ.
Термоядерная реакция Управляемая термоядерная реакция - энергетически выгодная реакция. Однако она может идти лишь при очень высоких температурах (порядка несколько сотен млн. градусов). При большой плотности вещества такая температура может быть достигнута путем создания в плазме мощных электронных разрядов. При этом возникает проблема - трудно удержать плазму. Самоподдерживающиеся термоядерные реакции происходят в звездах. В настоящее время в России и ряде других стран ведутся работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции.
ТОКАМАК (тороидальная магнитная камера с током) Это электрофизическое устройство, основное назначение которого – формирование плазмы, что возможно при температурах около 100 млн. градусов, и сохранение её достаточно долгое время в заданном объеме. Возможность получения плазмы при сверхвысоких температурах позволяет осуществить термоядерную реакцию синтеза ядер гелия из исходного сырья, изотопов водорода (дейтерия и трития). В ходе реакции должна выделяться энергия, которая будет существенно больше, чем энергия, затрачиваемая на формирование плазмы. Основы теории управляемого термоядерного синтеза заложили в 1950 году И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров, предложив удерживать магнитным полем горячую плазму, образовавшуюся в результате реакций.
Эта идея и привела к созданию термоядерных реакторов - токамаков. При большой плотности вещества требуемая высокая температура в сотни млн. градусов может быть достигнута путем создания в плазме мощных электронных разрядов. Проблема: трудно удержать плазму. Современные установки токамак - не термоядерные реакторы, а исследовательские установки, в которых возможно лишь на некоторое время существование и сохранение плазмы. Наиболее мощный современный ТОКАМАК, служащий только лишь для исследовательских целей, находится в городе Абингдон недалеко от Оксфорда. Высотой в 10 метров, он вырабатывает плазму и сохраняет ей жизнь пока всего лишь около 1 секунды. Управляемая термоядерная реакция - энергетически выгодная реакция. При такой реакции на каждый нуклон выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции. Например, при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ, а при делении ядра урана на один нуклон приходится »0,9 МэВ.
LiD A 2 1 Неуправляемая реакция синтеза В водородной (термоядерной) бомбе
1. 1953 год – в СССР, 2. 1956 год - в США, 3. 1957 год – в Англии, 4. 1967 год – в Китае, 5. 1968 год – во Франции. Водородная бомба В арсеналах различных стран накоплено более 50 тысяч водородных бомб!
Взрыв термоядерного заряда мощностью 20 Мт уничтожит все живое на расстоянии до 140 км от его эпицентра.
1. При проведении крупномасштабных горных работ; 2. В астрофизических явлениях.
Термоядерные реакции – это благо или вред?
Домашнее задание: §79, подготовить сообщения на следующие темы: «Термоядерные реакции на Солнце», «Создание водородной бомбы в СССР», «Использование термоядерных реакций в мирных целях», «Проблемы создания термоядерных электростанций».
«Влияние радиации на человека» - «-». Как защититься от ЭМП. Дозы ионизирующего излучения получаемые человеком из различных источников. Последствия. Исследования влияния солнечной активности на изменение температуры воздуха в г. Марксе. Вопросы проекта. Детей трое. - «Гормона бодрости». Защита – «Лепесток», одежда белая. Как действует электромагнитное поле на здоровье.
«Атомы» - Основные работы посвящены изучению явлений люминесценции и радиоактивности. Мария Склодовская - Кюри. Совместно с женой М. Склодовской-Кюри открыл (1898) полоний и радий. Антуан Анри Беккерель. Совместно с П. Кюри открыла (1898) химические элементы полоний и радий. Французский физик и химик. Предложил называть ядро атома водорода протоном.
«Урок Радиоактивность» - Закрепление знаний. Решить задачи. 15. 6. 10. Используя Интернет-ресурсы, найти дополнительные сведения по теме урока. Так как С произвольно, у уравнения (1) бесконечно много решений. Естественная радиоактивность. Естественная радиоактивность- радиоактивность, наблюдаемая у неустойчивых изотопов, существующих в природе.
«Модель атома» - При прохождении через фольгу?-частицы отклонялись на различные углы. Резерфорд Эрнест (1871–1937) – английский физик, основоположник ядерной физики. 1. В 1899 г. открыл альфа - и бета-лучи. Планетарная модель атома противоречит электродинамике Максвелла. Планетарная модель атома, предложенная Э. Резерфордом.
«Действие радиации» - Мониторинг по г. Марксу Влияние радиации на кожу. Последствия аварий и захоронений РА веществ. Смертность от злокачественных новообразований. Производственные. Лейкемия.). Мониторинг радиационной обстановки в г.Марксе. Солнце - гигантский газовый шар, в недрах которого происходят термоядерные реакции.
Урок физики 11 класс. Учитель Крайцер Г.И.
Атомная физика. Урок № 63
Тема урока : Термоядерные реакции
Тип урока : комбинированный
Цель урока : знакомство с термоядерными реакциями
Задачи :
Познакомиться с термоядерными реакциями,
Развивать навыки самостоятельной работы, решения расчетных задач.
Воспитывать положительное отношение к учебе.
Ресурсы урока
Интерактивная доска;
Презентация к уроку;
Листы деятельности;
Карточки-задания;
Таблица Д.И. Менделеева
Таблица относительных атомных масс некоторых изотопов
Учебник физики 11 класс
План урока
Вводно-мотивационный этап
Актуализация знаний
Изучение новой темы
Работа с учебником
Заполнение листов деятельности
Закрепление
Решение задачи Ж.Верна
Задача на расчет массы термоядерного топлива
Выполнение заданий разного уровня
Итог урока
Тестовый контроль
Выдача домашнего задания
Рефлексия
Ход урока
Вводно-мотивационный этап
Герой Ж.Верна Сайрес Смит предсказывал «Когда каменноугольные залежи иссякнут, человек превратит в топливо воду, люди будут обогреваться водой. Вода – это уголь грядущих веков» /слайд 1/
Сегодня на уроке нам предстоит ответить на вопрос: Утопия это предсказание или в нем есть зерно истины.
Актуализация знаний
На предыдущем уроке мы говорили о ядерных реакциях
Что называют ядерной реакцией?
Какие законы сохранения выполняются во время ядерной реакции?
Как осуществляется ядерная реакция?
Каково значение ядерных реакций для человека? /слайд2/
Внутреннюю энергию ядра можно получить
При делении тяжелых ядер. В реакциях синтеза легких ядер. /слайд3/
Тема нашего урока «Термоядерные реакции» /слайд4/
Изучение нового материала
Работа с текстом учебника. Откройте стр297, прочитайте текст, выделяя главное;
Заполните листы деятельности;
Обсуждение нового материала
а) Что называют термоядерной реакцией?
б) Какие легкие ядра нам известны?
в) Каковы запасы водорода на нашей планете?
г) В чем трудности осуществления ядерного синтеза?
д) Где протекают термоядерные реакции во Вселенной?
е) Созданы ли управляемые термоядерные реакторы?
Из сказанного можно сделать вывод, что Сайрес Смит прав. Вода действительно может быть топливом. А как много выделяется энергии при ядерном синтезе?
Закрепление
1 1 Н + 1 1 Н 4 2 Не + ∆Е /слайд5/
Сколько дейтерия нужно сжигать в термоядерном реакторе ежегодно, чтобы удовлетворить современную потребность в энергии, если она составляет 3*10 20 Дж? /слайд6/
В нашу школу завезли на зиму 200т угля. Сколько потребуется дейтерия, чтобы удовлетворить потребности школы в энергии на зимний период?
Самостоятельное выполнение заданий разного уровня (у каждого ученика карточка-задание)
Итог урока
Выполнение тестового задания /слайд7 /
Термоядерная реакция - …
Термоядерные реакции протекают
А) с выделение энергии
В) с поглощение энергии
С) с поглощение энергии и выделение энергии
При реакции ядерного синтеза масса покоя ядра, образовавшегося в результате реакции, __________ массы покоя исходных ядер.
А) больше
В) меньше
С) равна
Плазма – это …
Синтез ядер легких элементов осуществляется при температуре ______.
А) 100 К
В) 10 7 – 10 9 К
С) 0 К
Домашнее задание
решение задач рассмотреть
составить тест из 5 вопросов с тремя вариантами ответов
Рефлексия
Термоядерные реакции
Уровень А
Допиши уравнения ядерных реакций
Уровень В
Определите энергетический выход ядерной реакции
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
Уровень С
1. Какую частоту имеет испускаемый при термоядерной реакции γ - кант 2 1 Н + 2 1 Н 4 2 Не + γ , если α- частицы обладают энергией 19,7 МэВ?
Лист деятельности
Знать: определение термоядерной реакции, что такое термоядерный синтез
Уметь: определять продукты ядерных реакций на основе законов сохранения
электрического заряда и массового числа,
вычислять энергию выхода ядерных реакций
Термоядерная реакция –
Сумма масса покоя ядер легких элементов_______ массы покоя ядра, образованного при их объединении.
Т
рудности осуществления ядерного синтеза
Презентация по физике
На тему:
Термоядерная реакция
900igr.net
очень высокой температуре,
сопровождающаяся выделением
энергии, называется термоядерной
реакцией.Для слияния необходимо, чтобы
расстояние между ядрами
приблизительно было равно 0,000 000 000
001 см. Однако этому препятствуют
кулоновские силы. Они могут быть
преодолены при наличии у ядер большой
кинетической энергии. Особенно большое
практическое значение имеет то, что при
термоядерной реакции на каждый нуклон
выделяется намного больше энергии, чем
при ядерной реакции, например, при
синтезе ядра гелия из ядер водорода
выделяется энергия, равная 6 МэВ, а при
делении ядра урана на один нуклон
приходится »0,9 МэВ.
Термоядерные реакции на Солнце
Проблема использованиятермоядерной энергии по праву
считается проблемой №1
современной науки. Ее решение
позволит навсегда избавить
человечество от угрозы
энергетического голода. Ведь моря и
океаны содержат огромные запасы
тех самых легких ядер, которые
необходимы для термоядерной
реакции. Каким же громадным и
«неисчерпаемым» источником энергии
располагает человек! Заставить
служить эту энергию людям - что
Лев Андреевич Арцимович (12 (25) февраля 1909, Москва 1 марта 1973, Москва) - выдающийся советский физик, академик АН СССР (1953), Герой Социалистическ
Лев Андреевич Арцимович (12 (25) февраля 1909,Москва 1 марта 1973, Москва) - выдающийся
советский физик, академик АН СССР (1953), Герой
Социалистического Труда (1969
).Под руководством Арцимовича
впервые в мире в лабораторных
условиях осуществлена
термоядерная реакция.
