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열핵반응은 매우 높은 온도에서 가벼운 핵이 융합하여 에너지를 방출하는 반응입니다. 에너지적으로 매우 유익합니다!!!
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헬륨 4g 합성 석탄 2량차 연소 열핵에너지와 연소반응 시 방출되는 에너지 비교
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열핵반응 발생 조건 핵융합 반응이 일어나기 위해서는 초기 핵이 정전기적 반발력을 극복하고 핵력의 작용 범위(10-14m 거리에 더 가까워짐) 내에 있어야 합니다. 이는 핵의 높은 운동 에너지로 가능합니다. 이를 위해서는 물질의 온도가 107K여야 합니다. 따라서 이 반응을 "열핵"(라틴어 열열에서 유래)이라고 합니다.
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통제되지 않는 열핵융합 반응 통제되지 않는 열핵융합은 수십억 년 동안 태양에서 일어나고 있습니다. 한 가설에 따르면, 4개의 수소 핵이 태양 깊은 곳에서 헬륨 핵으로 합쳐집니다. 이 경우 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 2. 수소 폭탄. 1968년 8월 24일 프랑스령 폴리네시아에서 시험된 프랑스 최초의 열핵폭탄인 카노푸스(Canopus)의 폭발 사진.
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테스트된 가장 강력한 폭탄은 소련에서 제작된 57메가톤(TNT 환산 5700만 톤)의 출력을 가진 수소폭탄이었습니다. 개발자 중에는 Sakharov, Kharitonov 및 Adamsky가 있습니다. 1961년 10월 30일 오전 11시 32분, 10km 높이에서 떨어진 폭탄이 노바야젬랴(소련) 상공 4000m 상공에 도달해 폭발했다. 폭발 현장은 지옥과 비슷했습니다. 땅은 탄 바위에서 나온 두꺼운 재 층으로 덮여있었습니다. 진원지로부터 반경 50km 내에서는 모든 것이 불타고 있었지만, 폭발 전에는 사람 키만큼 눈이 쌓였고, 400km 떨어진 버려진 마을에는 목조 주택이 파괴됐고, 폭발 위력은 폭발의 10배에 달했다. 제2차 세계대전에 사용된 모든 폭발물의 총 위력.
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수소폭탄의 작용 메커니즘. 수소폭탄이 폭발하는 동안 일어나는 일련의 과정은 다음과 같이 표현될 수 있다. 첫째, 껍질 내부에 위치한 열핵반응 개시제(소형 원자폭탄)가 폭발하여 중성자 섬광을 일으키고 열핵융합을 시작하는 데 필요한 고온을 생성합니다. 중수소-리튬-6 화합물로 만들어진 삽입물에 중성자가 충돌합니다. 리튬-6은 중성자의 영향으로 헬륨과 삼중수소로 분리됩니다. 그런 다음 중수소와 삼중수소의 혼합물에서 열핵 반응이 시작되고, 폭탄 내부의 온도가 급격히 증가하여 합성에 더 많은 수소가 포함됩니다.
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전략 항공용 수소폭탄 대량 생산에 능숙하고 전략 항공 서비스에 채택된 최초의 수소폭탄입니다. 개발 완료 - 1962. Snezhinsk의 RFNC-VNIITF 박물관.
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제어된 핵융합 반응의 장점 핵융합로를 만드는 아이디어는 1950년대에 시작되었습니다. 현재(2010년)에는 제어된 열핵융합이 아직 구현되지 않았습니다. 절대적으로 비방사성 중수소와 방사성 삼중수소를 사용하지만 원자력보다 부피가 수천 배 더 작은 열핵에너지는 환경친화적일 것입니다. 그리고 가능한 비상 상황에서 열핵 발전소 근처의 방사능 배경은 자연 지표를 초과하지 않습니다. 동시에, 열핵연료의 단위 중량당, 유기 연료의 연소보다 약 1,000만 배 더 많은 에너지를 얻고, 우라늄 핵의 핵분열보다 약 100배 더 많은 에너지를 얻습니다. 이 원천은 사실상 무궁무진하며, 수소 핵의 충돌을 기반으로 하며, 수소는 우주에서 가장 흔한 물질입니다. 이 문제는 소련에서 I.V. 쿠르차토프, A.D. 사카로프, I.E. 탐, L.A. 아르티모비치, E.P. 벨리호프
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CTS 연구의 주요 방향 주요 문제는 제한된 공간에서 가스를 107K(플라즈마)의 온도로 유지하는 것입니다. 현재 제어된 열핵융합을 구현하기 위한 두 가지 기본 계획에 상당히 집중적으로 자금이 지원되고 있습니다. 1. 상대적으로 낮은 압력과 높은 온도에서 플라즈마가 자기장에 의해 가두어지는 준정적 시스템. 2. 펄스 시스템. 이러한 시스템에서 CTS는 중수소와 삼중수소를 포함하는 작은 타겟을 초강력 레이저나 이온 펄스로 잠깐 가열하여 수행됩니다. 이러한 방사선 조사는 일련의 열핵 미세폭발을 일으킵니다.
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TOKAMAK은 자기 플라즈마 감금을 위한 토로이달 진공 챔버입니다. 플라즈마는 자기장에 의해 유지되며 그 내부에는 플라즈마 "코드"가 챔버 벽("도넛")에 닿지 않고 매달려 있습니다. 처음에는 이름을 딴 원자력 연구소에서 개발되었습니다. 쿠르차토프는 제어된 열핵융합 문제를 연구했습니다. 코일은 카메라 주위에 감겨 자기장을 생성합니다. 공기는 먼저 진공 챔버 밖으로 펌핑된 다음 중수소와 삼중수소의 혼합물로 채워집니다. 그런 다음 인덕터를 사용하여 챔버에 소용돌이 전기장이 생성됩니다. 인덕터는 TOKAMAK 챔버가 2차 권선인 대형 변압기의 1차 권선입니다. 소용돌이 전기장은 플라즈마에 전류가 흐르고 가열되도록 합니다.
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TOKAMAK의 제어된 열핵융합 문제 플라즈마의 압력 증가는 물질 상태의 안정성에 부정적인 영향을 미치는 프로세스를 유발합니다. "목"또는 "뱀"유형의 교란이 발생하여 플라즈마가 챔버 벽으로 방출됩니다. 그것들은 파괴되고 플라즈마는 냉각됩니다. 자기장은 플라즈마가 자기장 선을 가로질러 이동하는 것을 방지해야 합니다. 지금까지 초전도 전자석을 사용하여 자기장을 생성한 TOKAMAK은 핵 융합으로 인해 방출되는 것보다 플라즈마 번들을 유지하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. 지금까지 1초 동안 cm3당 1014개의 입자의 플라즈마 밀도를 얻는 것이 가능했지만, 이는 아직 자립적인 열핵 반응을 시작하는 것을 허용하지 않습니다. 플라즈마 밀도와 구속 시간의 곱은 현재 달성되는 것보다 20배 더 커야 합니다. 산업용으로 사용하려면 핵융합 반응이 장기간에 걸쳐 지속적으로 일어나야 합니다. 필요한 규모로 반응을 달성하려면 플라즈마의 압력을 높이는 것이 필요합니다.
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이러한 시스템에서 CTS는 초강력 다채널 레이저 또는 이온 펄스를 사용하여 중수소와 삼중수소를 포함하는 소형 타겟을 단기 압축하고 초고속 가열하여 수행됩니다. 이러한 조사는 표적의 중심에서 열핵반응을 일으킨다. CTS의 타겟은 속이 빈 쉘(1), 고체 냉동 디젤 혼합물 층(2) 및 타겟 중앙의 저밀도 디젤 연료 가스(3)로 구성됩니다. 주요 아이디어는 중앙 부분만 점화 온도에 도달하고 연료의 대부분은 차갑게 유지되는 목표 압축 모드를 구현하는 것입니다. 연소 파동은 연료의 표면층으로 전파됩니다.
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캘리포니아에 있는 리버모어 국립 연구소는 세계에서 가장 강력한 레이저 단지입니다. 192개의 강력한 레이저가 밀리미터 구형 목표(중수소와 삼중수소 혼합물 약 150마이크로그램)를 동시에 겨냥합니다. 결과적으로 목표물의 온도는 1억도에 도달하고, 공 내부의 압력은 지구 대기압보다 1000억배 더 높아지게 됩니다. 즉, 표적 중심의 조건은 태양 내부의 조건과 유사합니다. 펄스 열핵 설비는 작업실에 주기적으로 공급되는 연료로 인해 폭발이 발생하는 내연 기관과 유사합니다. CTS의 어려움은 혼합물을 즉각적이고 균일하게 가열하는 문제에 있습니다. 계산에 따르면 밀도가 고체 수소의 밀도보다 1000배 더 높으면 100만 줄이면 열핵 반응을 점화하기에 충분할 것입니다. 그러나 지금까지 실험 설치에서는 밀도가 30-40배만 증가했습니다. 가장 큰 장애물은 대상 조명의 균일성이 불충분하다는 것입니다.
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핵융합로는 매우 적은 양의 리튬과 중수소를 소비합니다. 예를 들어, 1GW 전력의 원자로는 연간 약 100kg의 중수소와 300kg의 리튬을 연소합니다. 모든 열핵발전소가 연간 5·1020J를 생산한다고 가정하면, 즉 미래 전력 수요의 절반을 차지한다면 중수소와 리튬의 연간 총 소비량은 1,500톤과 4,500톤에 불과할 것입니다. 이러한 소비로 물에 함유된 중수소(0.015%)는 인류에게 수백만년 동안 에너지를 공급하기에 충분합니다. 열핵융합은 현대 에너지의 희망이다
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국제 실험용 핵융합로 ITER 제어된 열핵융합 문제는 너무 복잡해서 어떤 나라도 스스로 대처할 수 없습니다. 따라서 세계 공동체는 오늘날 러시아, 미국, 유럽 연합, 일본, 중국 및 한국 외에도 국제 열핵 실험로 프로젝트인 ITER의 창설이라는 가장 최적의 경로를 선택했습니다. 핵융합로는 프랑스 카다라슈(Cadarache)에 건설돼 2016년쯤 가동될 예정이다. 세계 최초의 실험용 열핵 원자로의 기초가 되어야 할 것은 바로 TOKAMAK입니다.
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달의 연료(헬륨-3) 이 반응은 더 높은 온도가 필요하지만 다른 핵 반응처럼 널리 퍼져 있는 중성자를 방출하지 않고 구조 재료가 방사성으로 변할 위험 없이 쉽게 포획할 수 있는 전하를 띤 양성자를 방출하기 때문에 환경 친화적입니다. . 원자로의 수명이 크게 늘어나고 설계가 단순화되며 신뢰성이 향상됩니다. 양성자는 전하를 운반하기 때문에 열 변환으로 인한 손실을 우회하여 열핵 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 것이 가능해집니다. 지구상에 존재하는 헬륨-3의 양은 4,000톤에 불과합니다. 러시아에 공급하려면 연간 약 20톤의 헬륨-3가 필요하며, 현대 세계 경제에는 연간 약 200톤의 헬륨-3가 필요합니다. 달 토양의 매장량은 약 100만 톤이며, 헬륨-3 추출은 이미 우주 부서의 능력 내에 있습니다.
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슬라이드 캡션:
열핵반응
열핵반응이란 무엇입니까? 매우 높은 온도에서 에너지 방출을 수반하는 경핵의 융합 반응을 열핵반응이라고 합니다.
열핵반응의 예:
1g U - 75 MJ = 석탄 3톤 중수소-삼중수소 혼합물 1g – 300 MJ =? 석탄 톤. 반응의 에너지 수율
열핵융합은 무궁무진하고 환경 친화적인 에너지원입니다. 결론:
반응에 대한 세부 사항 융합이 일어나려면 핵 사이의 거리가 약 0.000 000 000 001 cm 여야 하지만 쿨롱 힘이 이를 방지합니다. 핵의 운동 에너지가 높으면 이러한 문제를 극복할 수 있습니다. 특히 실용적으로 중요한 것은 열핵 반응 중에 핵 반응보다 핵당 훨씬 더 많은 에너지가 방출된다는 것입니다. 예를 들어 수소 핵에서 헬륨 핵이 융합되는 동안 6 MeV에 해당하는 에너지가 방출되고 우라늄 핵이 분열하면 핵자 하나가 0.9 MeV를 차지합니다.
열핵반응 제어된 열핵반응은 에너지적으로 유리한 반응입니다. 그러나 이는 매우 높은 온도(수억 도 정도)에서만 발생할 수 있습니다. 물질의 밀도가 높으면 플라즈마에서 강력한 전자 방전을 생성하여 이러한 온도를 달성할 수 있습니다. 이 경우 문제가 발생합니다. 플라즈마를 담는 것이 어렵습니다. 별에서는 자립적인 열핵반응이 일어납니다. 현재 러시아와 기타 여러 국가에서 제어된 열핵 반응을 구현하기 위한 작업이 진행 중입니다.
TOKAMAK(전류가 있는 토로이드형 자기 챔버) 이것은 전기물리적 장치로, 그 주요 목적은 약 1억 도의 온도에서 가능한 플라즈마 형성과 주어진 부피에서 꽤 오랜 시간 동안 보존하는 것입니다. 초고온에서 플라즈마를 생성할 수 있으므로 공급원료, 수소 동위원소(중수소 및 삼중수소)로부터 헬륨 핵을 융합하는 열핵 반응을 수행할 수 있습니다. 반응 중에는 플라즈마 형성에 소비되는 에너지보다 훨씬 더 큰 에너지가 방출되어야 합니다. 제어된 열핵융합 이론의 기초는 1950년 I. E. Tamm과 A. D. Sakharov에 의해 확립되었으며, 이들은 자기장에 의한 반응의 결과로 형성된 뜨거운 플라즈마를 포함할 것을 제안했습니다.
이 아이디어는 열핵 원자로인 토카막(tokamak)의 탄생으로 이어졌습니다. 물질의 밀도가 높으면 플라즈마에서 강력한 전자 방전을 생성하여 요구되는 수억 도의 고온을 달성할 수 있습니다. 문제: 플라즈마는 유지하기 어렵습니다. 현대의 토카막 시설은 열핵 원자로가 아니라 잠시 동안만 플라즈마의 존재와 보존이 가능한 연구 시설입니다. 연구 목적으로만 사용되는 가장 강력한 현대 TOKAMAK는 옥스퍼드 근처 Abingdon 시에 있습니다. 높이가 10m에 달하며 플라즈마를 생성하고 약 1초 동안만 생명을 유지합니다. 제어된 열핵반응은 에너지적으로 유리한 반응입니다. 이러한 반응을 통해 핵반응보다 핵자당 훨씬 더 많은 에너지가 방출됩니다. 예를 들어, 헬륨 핵이 융합하는 동안 수소 핵에서 6 MeV에 해당하는 에너지가 방출되고, 우라늄 핵이 핵분열되면 핵당 0.9 MeV가 방출됩니다.
LiD A 2 1 수소(열핵) 폭탄의 통제되지 않은 핵융합 반응
1. 1953 - 소련, 2. 1956 - 미국, 3. 1957 - 영국, 4. 1967 - 중국, 5. 1968 - 프랑스. 수소폭탄 세계 각국의 무기고에 5만개 이상의 수소폭탄이 축적되었습니다!
20Mt의 위력을 지닌 열핵폭탄이 폭발하면 진원지에서 최대 140km 떨어진 모든 생명체가 파괴됩니다.
1. 대규모 채굴 작업을 수행하는 경우 2. 천체 물리학 현상에서.
열핵 반응은 좋은가요, 나쁜가요?
숙제: §79, "태양에 대한 열핵 반응", "소련에서 수소 폭탄 생성", "평화적 목적을 위한 열핵 반응 사용", "열핵 발전소 생성 문제" 주제에 대한 보고서를 준비합니다.
"방사선이 인간에게 미치는 영향"- "-". EMF로부터 자신을 보호하는 방법 다양한 소스로부터 인간이 받는 전리 방사선의 양. 결과. 마르크스 시의 기온 변화에 대한 태양 활동의 영향에 대한 연구. 프로젝트 문제. 세 자녀. - "활력의 호르몬." 보호 - "꽃잎", 흰색 옷. 전자기장은 건강에 어떤 영향을 미치나요?
"원자" - 주요 연구는 발광 및 방사능 현상 연구에 전념합니다. 마리아 Sklodowska - 퀴리. 그의 아내 M. Sklodowska-Curie와 함께(1898) 폴로늄과 라듐을 발견했습니다. 앙투안 앙리 베크렐. P. Curie와 함께 그녀는 화학 원소인 폴로늄과 라듐을 발견했습니다(1898). 프랑스의 물리학자·화학자. 그는 수소 원자의 핵을 양성자라고 부를 것을 제안했습니다.
"방사능 수업" - 지식의 통합. 문제를 해결하다. 15. 6. 10. 인터넷 리소스를 사용하여 공과 주제에 대한 추가 정보를 찾으십시오. C는 임의적이므로 방정식 (1)에는 무한히 많은 해가 있습니다. 자연 방사능. 자연 방사능은 자연에 존재하는 불안정한 동위원소에서 관찰되는 방사능입니다.
"원자 모델" - 호일을 통과할 때 입자가 다른 각도로 편향되었습니다. 러더퍼드 어니스트(1871-1937) - 영국의 물리학자, 핵물리학의 창시자. 1. 1899년에 그는 알파선과 베타선을 발견했습니다. 원자의 행성 모델은 맥스웰의 전기 역학과 모순됩니다. E. 러더퍼드(E. Rutherford)가 제안한 원자의 행성 모델.
"방사선의 영향" - Mr. Marx의 모니터링 방사선이 피부에 미치는 영향. 사고의 결과 및 RA 물질 폐기. 악성 신생물로 인한 사망. 생산. 백혈병.). 마르크스의 방사선 상황을 모니터링합니다. 태양은 열핵 반응이 일어나는 깊이에서 거대한 가스 공입니다.
11학년 물리학 수업. Kreitser G.I.
원자 물리학. 63과
수업 주제: 열핵반응
수업 유형: 결합
수업의 목적: 열핵반응 소개
작업:
열핵반응에 대해 알아보기
독립적인 업무 능력을 개발하고 계산 문제를 해결합니다.
학습에 대한 긍정적인 태도를 기릅니다.
수업 자료
인터랙티브 보드;
수업 발표;
활동 시트;
작업 카드;
테이블 D.I. 멘델레예프
일부 동위원소의 상대 원자 질량 표
물리학 교과서 11학년
강의 계획
입문 및 동기부여 단계
지식 업데이트 중
새로운 주제 학습
교과서 작업하기
활동 시트 작성
강화
J. Verne의 문제 해결
열핵연료의 질량 계산 문제
다양한 수준의 작업 완료
수업 요약
테스트 제어
숙제 발행
반사
수업 중에는
입문 및 동기부여 단계
J. Verne의 영웅 Cyrus Smith는 “석탄 매장지가 마르면 인간은 물을 연료로 바꾸고 사람들은 물로 가열될 것입니다. 물은 다가오는 세기의 석탄입니다” /슬라이드 1/
오늘 수업에서 우리는 다음 질문에 대답해야 합니다. 유토피아는 예측인가, 아니면 그것이 진실을 담고 있는가?
지식 업데이트 중
이전 수업에서 우리는 핵반응에 대해 이야기했습니다.
핵반응이란 무엇입니까?
핵반응 중에 어떤 보존법칙이 충족되나요?
핵반응은 어떻게 일어나는가?
핵반응이 인간에게 미치는 영향은 무엇입니까? /슬라이드2/
핵의 내부에너지를 구할 수 있다.
무거운 핵이 분열하는 동안. 경핵 융합 반응에서./슬라이드3/
우리 수업의 주제는 "열핵반응"입니다. /slide4/
새로운 자료를 학습
교과서 텍스트 작업. 297페이지를 펴서 본문을 읽고 주요 요점을 강조하십시오.
활동 시트를 완성하세요.
신소재 논의
a) 열핵반응이란 무엇입니까?
b) 우리는 어떤 가벼운 핵을 알고 있습니까?
c) 지구상의 수소 매장량은 얼마나 됩니까?
d) 핵융합을 수행하는데 있어서 어려운 점은 무엇입니까?
e) 우주의 어디에서 열핵반응이 일어나는가?
f) 제어된 열핵 원자로가 만들어졌습니까?
위에서 우리는 Cyrus Smith가 옳았다는 결론을 내릴 수 있습니다. 물은 실제로 연료가 될 수 있습니다. 핵융합 과정에서 얼마나 많은 에너지가 방출됩니까?
강화
1 1 N + 1 1 N 4 2 He + ΔE /slide5/
3 * 10 20 J라면, 현재 에너지 수요를 충족시키기 위해 매년 핵융합로에서 얼마나 많은 중수소를 연소해야 합니까? /슬라이드6/
겨울 동안 200톤의 석탄이 우리 학교에 배달되었습니다. 학교의 겨울 에너지 수요를 충족하려면 얼마나 많은 중수소가 필요합니까?
다양한 수준의 과제를 독립적으로 완료(각 학생에게 과제 카드가 있음)
수업 요약
테스트 작업 수행 /slide7/
열핵반응 -...
열핵반응이 일어난다
A) 에너지 방출과 함께
B) 에너지 흡수
C) 에너지 흡수 및 에너지 방출
핵융합 반응에서 반응의 결과로 형성된 핵의 나머지 질량은 원래 핵의 나머지 질량의 __________입니다.
가) 더
나) 덜
다) 같다
플라즈마는...
가벼운 원소의 핵 합성은 ______의 온도에서 수행됩니다.
가) 100K
나) 10 7 – 10 9 K
다) 0K
숙제
문제 해결 고려
세 가지 답변 옵션이 포함된 5개 질문에 대한 테스트를 해보세요.
반사
열핵반응
레벨 A
핵반응 방정식을 완성하세요
레벨 B
핵반응의 에너지 출력 결정
1. 7 3 Li + 2 1 H 8 4 Be + 1 0 n
2. 21H + 31H42H + 10n
레벨 C
1. α 입자의 에너지가 19.7 MeV인 경우 열핵 반응 중에 방출되는 γ 모서리 2 1 H + 2 1 H 4 2 He + γ의 주파수는 얼마입니까?
활동 시트
알다:열핵반응의 정의, 열핵융합이란?
가능하다:보존법칙에 기초하여 핵반응의 생성물을 결정한다
전하량과 질량수,
핵반응의 항복에너지를 계산하다
열핵반응 -
가벼운 원소 핵의 나머지 질량의 합_______ 그들이 결합할 때 형성된 핵의 나머지 질량.
티 
핵융합 광석
물리학 프레젠테이션
주제:
열핵반응
900igr.net
매우 높은 온도,
방전을 동반한
열핵이라 불리는 에너지
반응. 병합하려면 다음이 필요합니다.
코어 거리
대략 0.000 000 000과 같았습니다.
001 cm. 그러나 이는 방지됩니다.
쿨롱 힘. 그들은 할 수있다
핵이 크면 극복된다
운동 에너지. 특히 크다
실제적으로 중요한 것은 언제
각 핵자에 대한 열핵반응
것보다 훨씬 더 많은 에너지가 방출됩니다.
예를 들어, 핵반응 중에
수소 핵에서 헬륨 핵 합성
6 MeV에 해당하는 에너지가 방출되고,
우라늄 핵이 하나의 핵으로 분열되는 현상
»0.9 MeV를 차지합니다.
태양에서의 열핵반응
사용법 문제바로 열핵에너지
문제 #1로 간주됨
현대 과학. 그녀의 결정
영원히 없앨 수 있게 해줄게
위협으로부터 인류
에너지 굶주림. 결국 바다와
바다에는 엄청난 양의 매장량이 있습니다
그 아주 가벼운 핵은
열핵에 필요한
반응. 얼마나 거대하고
"무궁무진한" 에너지원
그 사람이 가지고 있어요! 힘
이 에너지를 사람들에게 봉사하세요 - 뭐
Lev Andreevich Artsimovich (1909 년 2 월 12 일 (25), 모스크바, 1973 년 3 월 1 일, 모스크바)-뛰어난 소련 물리학 자, 소련 과학 아카데미 (1953)의 학자, 사회주의 영웅
Lev Andreevich Artsimovich (1909년 2월 12일 (25))모스크바 1973년 3월 1일, 모스크바) - 뛰어난
소련 물리학자, 소련 과학 아카데미 학자(1953), 영웅
사회주의 노동(1969
).Artsimovich의 지도력하에
세계 최초로 실험실에서
구현된 조건
열핵반응.
