Главная страница Комод Кухня Компьютерный стол Плетеная мебель Японский стиль Литература
Главная  Реакции синтеза в ядерной энергетике 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

реакции синтеза ядерной-энергетики

Основные представления

В настоящее время известны две принципиальные возмокности высвобовдения внутриядерной энергии. Они хорошо иллюстрируются кривой зависимости средней энергии связи ядер от атомного веса элемента (рис.1.I). Наибольшими энергиями связи обладают элементы, располагающиеся в середине периодической системы. У легких и тяжелых элементов энергия связи убывает. Следовательно, расщепление тяжелых ядер и слияние легких приво-

О- л

4 , 238

-- 1 .и

50 00 ISO гбо 250 Массо&ое Число элемект%.

Рис.1.1

дят к образованию более устойчивых структур и высвобовдению избытка энергии.

Реакции деления тяжелых ядер в настоящее время хорошо изучены и широко используются для производства энергии в промышленных масштабах. Большинство современных ядерных реакторов работают на основе деления медленными нейтронами изотопа JJ , природ-

ные запасы которого сравнительно невелики. Однако применение реакторов-размножителей, использующих У и T/l(nph захвате нейтрона они превращаются соответственно в U и *Рц ), позволит обеспечить мировую энергетику топливом на миллионы лет. Но при этом возникает существенная экологическая проблема захоронения большого количества долгоживущих радиоактивных продуктов реакции, а также не решена проблема полной ядерной безопасности при работе самого реактора.



(I.I)

. З^Не + 8,7 МэВ, -Не + А МэВ. р+В Не 4- Z,i МэВ,

р+Ве -> D +Ве + 0,6 МзВ, D+LL sfHe. 4- 2г,ЗМэВ, pAl p+LL + 5А19В,

(1.2)

TU + 0,6 МэВ.

Эти реакции, в которых участвуют ядра с большим зарядом, протекают лишь при очень больших температурах ( 100-500 кэВ). Тем не менее осуществление таких реакций представляется весьма перспективным, так как в результате образуются только заряженные частицы. Перенос выделившейся энергии заряженными частицами упрощает проблемы радиационной защиты (отсутствуют нейтроны и радиоактивный тритий) и повышает эффективность преобразования выделившейся термоядерной энергии.

Дейтерий ссцерхится в воде и составляет 0,015 % общего количества обычного водорода. Ресурсы дейтерия в воде мирового океана составляют примерно 410 т (т.е. практически не ограничены), а технология его извлечения хорошо отработана. Тритий в природе в заметных количествах не встречается из-за своей радиоактивности (период полураспада равен 12 лет), но может быть получен в результате ядерных реакций при взаимодействии нейтронов с ядрами лития. Литий состоит из 7,5 % Li а 92,5 %

и весьма распространен в природе. Количество лития в воде составляет 2-10--- т. Извлекаете по современной технологии мировые запасы лития оцениваются более чем в ю' т, что обеспечивает производство энергии за счет D-T -реакции в течение нескольких столетий. Причем необходимо отметить, что добыча термоядерного топлива практически не сказывает влияния на окружающую среду, в частности, сна не связана с образованием большого количества радиоактивной отвальной породы (в отличие от добычи урана).

Ядра D и Т для протекания реакции должны иметь энергию на уровне 10 кэБ, скорость протекания реакций D-D при энергиях I-IO кэВ примерно в 630-50 раз меньше, чем реакции D-T .

Возможны раакции синтеза с выделением энергии не только в случае изотопов водорода, но и для других легких ядер, например:

р4- В

Реализация второй возмоянооги - извлечения внутриядерной энергииСпутем синтеза легких ядер) - обладает рядом оущесгвенных иреимущеогв;

1) удельное энерговвделение на акт слияния ядер оущеотвенно превышает то, что дает деление (на единицу выделившейся энергии реакция синтеза гораздо богаче нейтронами);

2) практически отсутствуют долгсживущие радиоактивные изото-ш - продукты реакций синтеза;

3)существуют огромные природные запасы дейтерия - тяжелого изотопа водорода.

Для ооущеотвления реакции слияния ядер необходимо, чтобы они обладали достаточно большой кинетической энергией стнссительного двикения (для преодоления кулоновокого потенциального барьера). Сущеотчуют два пути, позволяющие в принципе реализовать это условие:

1. Можно направить реагирующие частицы, полученные в ускорителе, на мишень или навстречу друг другу. Современная ускорительная техника позволяет достичь необходимых значений энергии, одна-жо из-за малой плотности и времени взаимодействия осуществить эффективную и экснсмически шгсдную реакцию слияния практически невозможно.

2. Для целей практического иопользования шсвобождаемой энергии больше подходит второй путь: вкладывать энергию сразу в относительно большие маооы вещества, нагревая его до ооотсяния высокотемпературной плазмы. Если температура плазмы, а следовательно, и средняя кинетическая энергия частиц, ее образующих (ядер и электронов), достаточно велика (Т- 10-1СЮ кэВ), то столкновение ядер приводит к протеканию в плазме реакций синтеза.

Для практического иопользования из всех возможных реакций слияния легких ядер наибольший интерес представляют реакции, идущие в дейтерии и его смеси с тритием:

D + U Не + п + 3,2?- МэВ, 1>+1> Т + Р + А,0 МэВ , D + Т Не + П -7,58 МэВ , D+He-.. Не+р +18,3 МэВ.



о

в

Энвргид 5 итоно4, квВ

2 3 1,

вЮг sioi sto

г

-26 10

:1ю

г-М

f- -

01 5 3

: г

2 Ъ Ч

\0г 510 г 5Ю

Скорость, см/с'Ю

<0

,<2

Скорость, см/с Ю

3 3 4

Рис.1.2. Реакция D(]),л) Не. Рис.1.3. Реакция Ие(1>,р)Це.

Зная эф]ективные сечения реакций, можно вычислить интенсивность (скорость) термоядерных реакций, идущих в плазме при заданных плотлости и температуре (числе реакций в единице объема, происходящих за единицу времени):

< и >,

(1.3)

где Yl и >lg - концентрация ядер реагирующих компонентов, <1Г> - усредненное по ансамблю частиц произведение относительной скорости на соответствующее сечение реакции. Распределение реагирующих ядер по скоростям считается максвелловским, что справедливо в реальных процессах, где температура достаточно ш-сока и время рассмотрения много больше характерного времени установления равновесия. Зависимости <iS> от температуры, рассчитанные при указанных выше условиях, изображены на pnq.I.S.

Энергии geuTOHofc, КэВ.

10 г 5Ю\ SlOiSiO

5 2

r-t-

л

ч

л

-20 10

<0

♦о

>

Скорость, см/с'Ю

10 г 5 oг s

<о'т,эВ

Рис.1.4. Реакция Т(Б,п)Не. Рис.1.5

Вострый рост оечения при увеличении скорости частиц приводит к тому, что величина <гГ> определяется в основном столкновениями наиболее быстрых частиц.

Довольно часто распределения частиц по скоростям, реализуемые в различных экопериментальных установках, отличаются от максвел-ловокого.При этом, если температура (т.е. средняя энергия частиц) достаточно велика, то это отличие не сказывает большого влияния на выход термоядерных реакций. Если же температура относительно мала, то основной выход дают хвосты распределения - не слишком большое число высокоэнергетичеоких частиц, т.е. в каждой конкретной ситуации необходимо производить точный расчет с учетом реального распределения чаотиц по скоростям.

Интенсивности b-D и D~T реакций, соответствущие данным, приведенным на рис.1.5, в диапазоне температур до 10 К (примерно до 10 кэВ), достаточно точно аппроксимируются выражениями:

Эффективные сечения D-B и D-T реакций, характеризующие вероятности процессов, приведены на рис.1.2-1.4. Значения этих сечений резко повышаются при увеличении энергии относительного движения сталкивающихся частиц и достигают максимума при некоторой энергии.



Для вас everglass sic тут
[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

© 2007 EPM-IBF.RU
Копирование материалов разрешено в случае наличия письменного разрешения