Ядерные реакции в звездах Физические основы ядерного синтеза Термоядерный синтез в земных условиях http://mrloft.ru/ ремонт квартиры в стиле лофт. Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Корпус ядерного реактора

Ядерная физика

Ядерные реакции в звездах

Прежде чем рассматривать ядерные реакции в космосе, коротко остановимся на проблеме звездной эволюции.

Окружающий нас мир состоит из различных химических элементов. Как образовались эти элементы в естественных условиях? В настоящее время общепризнанной является точка зрения, что элементы, из которых состоит Солнечная система, образовались в ходе звездной эволюции. С чего начинается образование звезды? Звезды конденсируются под действием гравитационных сил из гигантских газовых молекулярных облаков (термин "молекулярный" означает, что газ состоит в основном из вещества в молекулярной форме). Масса вещества, сосредоточенного в молекулярных облаках, составляет значительную часть всей массы галактик. Эти газовые облака первичного вещества состоят преимущественно из ядер водорода. Небольшую примесь составляют ядра гелия, образовавшиеся в результате первичного нуклеосинтеза в дозвездную эпоху. Реактор БН 600 Атомная станция с реакторами на быстрых нейтронах

Когда масса вещества звезды в результате аккреции достигает 0.1 массы Солнца, температура в центре звезды достигает 1 млн K и в жизни протозвезды начинается новый этап - реакции термоядерного синтеза. Однако эти термоядерные реакции существенно отличаются от реакций, протекающих в звездах,
находящихся в стационарном состоянии, типа Солнца. Дело в том, что протекающие на Солнце реакции синтеза:

требуют более высокой температуры ~10 млн K. Температура же в центре протозвезды составляет всего 1 млн K. При такой температуре эффективно протекает реакция слияния дейтерия (d = 2Н):

Дейтерий также как и 4He образуется на дозвездной стадии эволюции Вселенной и его содержание в веществе протозвезды составляет 10-5 от содержания протонов. Однако даже этого небольшого количества достаточно для появления в центре протозвезды эффективного источника энергии.

Непрозрачность протозвездного вещества приводит к тому, что в звезде начинают возникать конвективные потоки газа. Нагретые пузыри газа устремляются от центра звезды к периферии. А холодное вещество с поверхности спускается к центру протовезды и поставляет дополнительное количество дейтерия. На следующем этапе горения дейтерий начинает перемещаться к периферии протозвезды, разогревая её внешнюю оболочку, что приводит к разбуханию протозвезды. Протозвезда с массой, равной массе Солнца, имеет радиус, в пять раз превышающий солнечный.

Занятие №79

Кванты. Гипотеза Планка. Энергия и импульс фотонов.

КВАНТ СВЕТА (фотон) – порция энергии электромагнитного излучения, элементарная частица, являющаяся порцией электромагнитного излучения, переносчик электромагнитного взаимодействия. Термин, используемый для описания света как потока нейтральных частиц, проявляющих и волновые свойства в ряде экспериментов.

ФОТОН – это элементарная частица, являющаяся квантом электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Является истинно нейтральной частицей (т. е. не обладает никакими зарядами). Распространяется всегда с фундаментальной скоростью, равной 3×108 метра в секунду.

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ – это универсальное свойство природы, заключающееся в том, что в поведении микрообъектов проявляются и корпускулярные, и волновые черты. Было установлено, что свет для объяснения закономерностей фотоэффекта приходится считать потоком частиц, а для электронов и протонов можно наблюдать интерференцию и дифракцию.

Поскольку у фотона нет массы покоя, то он не подчиняется законам Ньютона. В частности, его нельзя ни ускорить, ни замедлить и никакие силы на него не действуют.

Энергия фотона.

Е - энергия фотона (Дж); h - постоянная Планка 6,63 . 10-34 Дж . с; ν - частота света (Гц).

Импульс фотона.

р – импульс фотона (кг . м/с); h – постоянная Планка 6,63 . 10-34 Дж. с; ν - частота света (Гц); с – скорость света в вакууме (м/с); λ – длина волны (м).

Масса фотона.

Задача №1. Найти энергию фотона для света частотой 1015 Гц.

Задача №2. Найти энергию фотона рентгеновского излучения с длиной волны 10-12 м. Ответ выразить в пикоджоулях (пДж).

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 15.2 (п.1,2). Решить задачу: №1152. Каков импульс фотона ультрафиолетового излучения с длиной волны 100 нм?

Термоядерный синтез Из четырех основных источников ядерной энергии в настоящее время удалось довести до промышленной реализации только два: энергия радиоактивного распада утилизируется в источниках тока, а цепная реакция деления - в атомных реакторах. Третий (наиболее мощный) источник ядерной энергии - аннигиляция элементарных частиц пока не вышел из области фантастики

Термоядерные реакции - реакции слияния (синтеза) легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при очень высоких температурах (порядка десятков миллионов градусов и выше).

Запасы дейтерия, который можно использовать в D - T реакции, практически неограниченны. В гидросфере Земли запасено 4*1013 т дейтерия, который может явиться основным термоядерным горючим.

Сжатие звездного вещества за счет гравитационных сил приводит к повышению температуры в центре звезды, что создает условия для начала ядерной реакции горения водорода

Следующий этап термоядерной реакции - горение гелия

В момент взрыва сверхновой температура резко повышается и во внешних слоях звезды происходят ядерные реакции так называемый взрывной нуклеосинтез.

Эволюция Вселенной начинается с Большого Взрыва. В первые мгновения реализуется так называемая дозвездная стадия образования элементов, стадия образования легчайших элементов. Какая из этих двух реакций играет более существенную роль, зависит от температуры звезды.

В звездах, имеющих массу, сравнимую с массой Солнца, и меньше, доминирует протон - протонная цепочка.

Основное время эволюции звезды связано с горением водорода.

Но на этой стадии звездной эволюции массивных звезд существенную роль начинают играть многочисленные реакции с участием нейтронов, протонов, а-частиц и 7- квантов


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах