Термоядерные реакции - Физика атомного ядра - Квантовая физика

Цель: рассказать о термоядерной реакции

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проведение самостоятельной работы

Вариант I

1. Ядерные силы в атомном ядре могут проявляться как... (только как силы притяжения).

2. Если бы действовали только кулоновские силы, то... (ядро разлетелось бы).

3. Какие реакции называются ядерными? (Изменения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами или друг с другом.)

4. При реакции деления ядер ²³⁵₉₂U выделилось 1,204 · 10²⁵ МэВ энергии. Определите массу распавшегося урана, если при делении одного ядра выделяется 200 МэВ энергии. (235 г.)

5. Для протекания управляемой ядерной цепной реакции необходимо, чтобы коэффициент размножения нейтронов был... (равен 1).

6. Чем определяется критическая масса? (Видом ядерного горючего, замедлителем, конструктивными особенностями.)

7. Почему нейтроны легко проникают в ядро атомов? (В виду отсутствия у нейтронов заряда.)

Вариант II

1. Устойчивость ядра обусловлена наличием двух конкурирующих сил - ... (сил притяжения (ядерных) и отталкивания (кулоновских).)

2. Если бы действовали только ядерные силы, то... (ядро подобно черной дыре сжалось бы.)

3. При захвате ядром изотопа ²³⁵₉₂U свободного нейтрона оно переходит в возбужденное состояние. У него уменьшается удельная энергия связи. Ядро деформируется, начинает колебаться и делиться на части под действием... (кулоновских сил.)

4. Как взаимодействует два нейтрона? (Притягиваются под действием ядерных сил.)

5. Что называется коэффициентом размножения нейтронов? (Отношение числа нейтронов в каком-либо поколении к числу нейтронов предшествующих поколений.)

6. При делении одного ядра изотопа ²Ци освобождается 200 МэВ. Какое количество энергии выделится при делении всех ядер урана массой 10 кг? (2,123 · 10²⁷ МэВ.)

7. Каковы условия возникновения и протекания цепной реакции при делении тяжелых ядер атомов? (Коэффициент размножения нейтронов должен быть равен или больше I. Размеры активной зоны должны быть не менее критической, масса делящегося вещества - не меньше критической.)

III. Изучение нового материала

Легкие ядра могут сливаться с выделением энергии. Масса ядра гелия значительно меньше суммы масс покоя двух ядер тяжелого водорода, на которые можно разделить ядро гелия.

При слиянии ядер масса покоя уменьшается, и, следовательно, должна выделиться значительная энергия. Подобного рода реакции слияния легких ядер могут протекать при очень высоких температурах и называются термоядерными.

Термоядерные реакции - это реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре.

Для слияния необходимо, чтобы они сблизились на расстоянии 10^-12 см для попадания в сферу действия ядерных сил. Этому препятствуют кулоновские силы. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях в расчете на один нуклон, превышает удельную энергию, выделяющуюся при цепных реакциях деления ядер.

Термоядерные реакции играют решающую роль в эволюции Вселенной. Звезды в основном состоят из водорода. Температура внутри протекающей реакции с образованием гелия: но ²₂Н не существует. На различных стадиях развития звезд выдвигаются различные циклы реакции. Конечным результатом являются ⁴₂Н.

Ежесекундно в Солнце около 600 млрд. т водорода превращается в гелий. Но запаса водорода в Солнце достаточно для того, чтобы оно непрерывно светило с той же мощностью еще 10¹⁰ лет.

Осуществление управляемых термоядерных реакций на Земле сулит человечеству новый, практически неисчерпаемый источник энергии. Наиболее перспективна реакция

В этой реакции выделяется энергия 17 МэВ. Основная трудность состоит в том, чтобы удержать плазму высокой температуры внутри установки на протяжении 0,1-1 с. Единственный способ использовать магнитные поля. Однако до сих пор эту задачу решить не удалось.

IV. Закрепление изученного материала

- Какие реакции называют термоядерными?

- Чем объяснить, что при синтезе легких ядер выделяется энергия?

- Каковы условия осуществления термоядерной реакции?

- Приведите примеры термоядерных реакций, напишите их уравнения?

- Что даст человечеству управляемая термоядерная реакция?

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

§ 111.