Ядерные реакции в звездах Физические основы ядерного синтеза Термоядерный синтез в земных условиях Токамак Реакторная технология Перспективы термоядерной энергетики Корпус ядерного реактора

Ядерная физика

MAST

В конце 1999 г. в Англии начал работать Такамак MAST (Mega-Amp Spherical Tokamak - супермощный сферический токамак), разработанный в Научном Центре Кулхэм (Culham Science Centre). Этот реактор относится к новому типу термоядерных реакторов, так называемым низкоаспектным токамакам (аспект - отношение внешнего к внутреннему радиусов бублика). В нем отношение радиусов тора таково, что камера для плазмы имеет почти сферическую форму. Эксперимент финансируется Департаментом Торговли и Промышленности Великобритании и Евроатомом, как часть европейской программы изучения ядерного синтеза. Непосредственное руководство осуществляет Управление Атомной Энергии Великобритании (United Kingdom Atomic Energy Authority, UKAEA). В создании этого сферического токамака принимали участие российские ученые. В 2001 г. на этой установке была достигнута температура, близкая к температуре Солнца.

ИТЭР

В настоящее время самым «продвинутым», доведенным до инженерного решения, является крупный проект ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor - Международный Термоядерный Экспериментальный Реактор), уже более 10 лет разрабатываемый «большой четверкой» (США, Европой, Россией и Японией) на базе токамака. Потребляя 50 МВт мощности он должен за счет реакции трития с дейтерием выдавать мощность 500 МВт. ITER - это очередной шаг в развитии УТС и весьма сложное, дорогое предприятие. Даже в новом, «урезанном» варианте его стоимость составляет 4 млрд долларов!

Реактор размещен в бетонной шахте размером 21,6*21,6*25,5 м. Сверху и снизу расположены специальные плиты, обеспечивающими биологическую защиту (во время работы реактора, по его крышке («пятаку» реактора) можно ходить

Все физические задачи, связанные с поведением плазмы в магнитном поле (ее разогрев, подавление неустойчивостей, приводящих к охлаждению), - считаются решенными на предыдущих установках, но множество инженерно- технических вопросов (радиационная стойкость материалов, выбор оптимальных режимов, переход к непрерывному горению) еще ждут своего решения. Размеры установки, ее уникальное приборное оснащение так велики, а ожидаемые результаты настолько ответственны, что до сих пор не принято окончательного решения о создании ITER. Не достигнуто согласия о сроках и месте строительства, о составе консорциума.

В основу международного реактора ИТЭР положена установка типа Токамак. Хотя теория и численное моделирование процессов предсказывают или объясняют ряд основных явлений, сегодня нет возможности полностью рассчитать токамак, поскольку, как отмечалось в Л.18, плазма токамака подвержена большому количеству неустойчивостей, турбулентна по своей природе. Поэтому ИТЭР проектировался в основном на базе экспериментальных данных и гарантий, что на нем будут достигнуты планируемые результаты нет.

Более того, проект по ходу дела постоянно модернизируется.

Занятие №85

Модель атома Резерфорда, Бора. Излучение и поглощение атомом энергии.

В 1903-1904гг. Бор выдвинул идею, что атом представляет собой положительно заряженную сферу, внутри которой находятся электроны. Модель получила меткое название «пудинг с изюмом».

Решающий вклад в создание современной теории строения атома внёс Эрнст Резерфорд, который в 1911 году совместно со своими ассистентами Гансом Гейгером и Эрнстом Марсденом экспериментально обосновал ядерную модель атома.

Одна из 20 000 отклонялась на φ порядка 900; Одна из 40 000 на φ порядка 1200; Одна из 70 000 на φ порядка 1500.

Планетарная модель атома

Согласно законам классической механики и электродинамики ядерная модель атома не может быть стабильной системой.

ПОСТУЛАТЫ БОРА. Первый постулат Бора: атом может находиться не во всех состояниях, допускаемых классической физикой, а только в особых квантовых (или стационарных) состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Второй постулат Бора: при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия излучаемого или поглощаемого при этом кванта (фотона) равна разности энергий стационарных состояний : hν= En- Ek.

Задача №1. При переходе электрона в атоме водорода с одного энергетического уровня на другой был излучён световой квант с частотой 5 . 1014 Гц. На сколько уменьшилась при этом энергия атома? Задача №2. При переходе электрона в атоме водорода с одной стационарной орбиты на другую излучаются фотоны, соответствующие длине волны 0,55 мкм. Какую энергию теряет при этом атом водорода?

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § § 16.1 - 16.3. Решить задачу: №1175. Для ионизации атома азота необходима энергия 14,53 эВ. Найти длину волны излучения, которое вызовет ионизацию.


Топливо для реакторов на быстрых нейтронах