Atom energiyasidan ham ijodiy (yadroviy energiya) va halokatli (atom bombasi) maqsadlarda foydalanish qobiliyati, ehtimol, so'nggi XX asrning eng muhim ixtirolaridan biriga aylandi. Kichkina atomning tubida yashiringan bu dahshatli kuchning zamirida yadro reaksiyalari yotadi.
Yadro reaktsiyalari nima
Fizikada yadro reaksiyalari deganda atom yadrosining boshqa oʻxshash yadro bilan yoki turli elementar zarrachalar bilan oʻzaro taʼsir qilish jarayoni tushuniladi, natijada yadro tarkibi va tuzilishi oʻzgaradi.
Yadro reaktsiyalarining bir oz tarixi
Tarixdagi birinchi yadro reaksiyasi buyuk olim Rezerford tomonidan 1919 yilda yadroviy parchalanish mahsulotlarida protonlarni aniqlash bo'yicha tajribalar paytida amalga oshirilgan. Olim azot atomlarini alfa zarralari bilan bombardimon qildi va zarralar to'qnashganda yadro reaktsiyasi sodir bo'ldi.
Va bu yadro reaktsiyasi tenglamasi shunday ko'rinishga ega edi. Aynan Ruterford yadroviy reaktsiyalarni kashf etgan.
Shundan so'ng olimlar tomonidan turli xil yadroviy reaktsiyalarni o'tkazish bo'yicha ko'plab tajribalar o'tkazildi, masalan, atom yadrolarini neytronlar bilan bombardimon qilish natijasida yuzaga kelgan yadro reaktsiyasi fan uchun juda qiziqarli va ahamiyatli bo'lib, u taniqli italyan fizigi tomonidan amalga oshirildi. E. Fermi. Jumladan, Fermi yadroviy o'zgarishlarni nafaqat tez neytronlar, balki issiqlik tezligida harakatlanadigan sekin neytronlar ham keltirib chiqarishi mumkinligini aniqladi. Aytgancha, harorat ta'sirida yuzaga keladigan yadro reaktsiyalari termoyadroviy reaktsiyalar deb ataladi. Neytronlar ta'siri ostidagi yadro reaktsiyalariga kelsak, ular fanda juda tez rivojlanishga erishdilar va qanday reaktsiyalar haqida batafsilroq o'qing.
Yadro reaktsiyasining tipik formulasi.
Fizikada qanday yadro reaksiyalari mavjud?
Umuman olganda, bugungi kunda ma'lum bo'lgan yadro reaktsiyalarini quyidagilarga bo'lish mumkin:
- atom yadrolarining bo'linishi
- termoyadro reaksiyalari
Quyida ularning har biri haqida batafsil yozamiz.
Yadro bo'linishi
Atom yadrolarining bo'linish reaktsiyasi atomning haqiqiy yadrosining ikki qismga bo'linishini o'z ichiga oladi. 1939-yilda nemis olimlari O.Gan va F.Strassman atom yadrolarining boʻlinishini kashf etdilar, oʻzlarining ilmiy oʻtmishdoshlarining tadqiqotlarini davom ettirib, uran neytronlar bilan bombardimon qilinganda davriy sistemaning oʻrta qismi elementlari, yaʼni radioaktivlar paydo boʻlishini aniqladilar. bariy, kripton va boshqa elementlarning izotoplari. Afsuski, bu bilimlar dastlab dahshatli, buzg'unchi maqsadlarda ishlatilgan, chunki Ikkinchi Jahon urushi boshlangan va nemis, boshqa tomondan, amerikalik va sovet olimlari yadro qurolini (uranning yadroviy reaktsiyasiga asoslangan) yaratish uchun poygalashgan. Yaponiyaning Xirosima va Nagasaki shaharlari ustidagi mashhur "yadro qo'ziqorinlari" bilan yakunlandi.
Ammo fizikaga qaytadigan bo'lsak, uranning yadrosining bo'linishi paytidagi yadro reaktsiyasi shunchaki ulkan energiyaga ega bo'lib, fan o'z xizmatiga qo'yishga muvaffaq bo'ldi. Bunday yadroviy reaktsiya qanday sodir bo'ladi? Yuqorida yozganimizdek, u uran atomining yadrosini neytronlar tomonidan bombardimon qilish natijasida yuzaga keladi, bu yadroning bo'linishiga olib keladi va 200 MeV tartibli ulkan kinetik energiya hosil qiladi. Lekin eng qizig'i shundaki, uran yadrosining neytron bilan to'qnashuvi natijasida hosil bo'lgan yadro bo'linish reaktsiyasi natijasida bir nechta erkin yangi neytronlar paydo bo'ladi, ular o'z navbatida yangi yadrolar bilan to'qnashadi, ularni parchalaydi va hokazo. Natijada, yana ko'proq neytronlar mavjud va undan ham ko'proq uran yadrolari ular bilan to'qnashuvdan bo'linadi - haqiqiy yadro zanjiri reaktsiyasi sodir bo'ladi.
Diagrammada bu shunday ko'rinadi.
Bunday holda, neytronlarni ko'paytirish koeffitsienti birlikdan kattaroq bo'lishi kerak, bu bunday turdagi yadro reaktsiyasi uchun zaruriy shartdir. Boshqacha qilib aytganda, yadrolarning parchalanishidan keyin hosil bo'lgan neytronlarning har bir keyingi avlodida ular oldingisiga qaraganda ko'proq bo'lishi kerak.
Shuni ta'kidlash kerakki, shunga o'xshash printsipga ko'ra, bombardimon paytida yadro reaktsiyalari boshqa ba'zi elementlar atomlari yadrolarining bo'linishi paytida ham sodir bo'lishi mumkin, yadrolarni turli xil elementar zarralar bilan bombardimon qilish mumkin bo'lgan nuanslar va. bunday yadroviy reaktsiyalar mahsulotlari har xil bo'ladi, shuning uchun biz ularni batafsilroq tavsiflashimiz mumkin , bizga butun ilmiy monografiya kerak
Termoyadroviy reaksiyalar
Termoyadro reaksiyalari termoyadroviy reaksiyalarga asoslanadi, ya'ni aslida bo'linishga qarama-qarshi jarayon sodir bo'ladi, atomlarning yadrolari qismlarga bo'linmaydi, balki bir-biri bilan qo'shilib ketadi. Bu ham katta miqdorda energiya chiqaradi.
Termoyadro reaktsiyalari, nomidan ko'rinib turibdiki (termo - harorat) faqat juda yuqori haroratlarda sodir bo'lishi mumkin. Oxir oqibat, ikkita atom yadrosi birlashishi uchun ular bir-biriga juda yaqin masofaga yaqinlashishlari kerak, shu bilan birga ularning musbat zaryadlarining elektr qaytarilishini engib o'tishlari kerak; bu yuqori kinetik energiya mavjudligi bilan mumkin, bu esa o'z navbatida yuqori haroratlarda mumkin. Shuni ta'kidlash kerakki, termoyadro reaktsiyalari nafaqat unda, balki boshqa yulduzlarda ham sodir bo'lmaydi, hattoki bu har qanday yulduzning tabiatining asosida yotadi, deb aytish mumkin.
Yadro reaktsiyalari, video
Va nihoyat, bizning maqolamiz mavzusi bo'yicha o'quv videosi, yadroviy reaktsiyalar.
Yadro reaktori muammosiz va samarali ishlaydi. Aks holda, siz bilganingizdek, muammo bo'ladi. Lekin ichkarida nima bo'lyapti? Keling, yadro (yadro) reaktorining ishlash printsipini qisqacha, aniq, to'xtashlar bilan shakllantirishga harakat qilaylik.
Aslida, xuddi yadro portlashi paytida bo'lgani kabi, u erda ham xuddi shunday jarayon sodir bo'ladi. Faqat portlash juda tez sodir bo'ladi, ammo reaktorda bularning barchasi uzoq vaqt davom etadi. Natijada, hamma narsa xavfsiz va sog'lom bo'lib qoladi va biz energiya olamiz. Atrofdagi hamma narsa birdaniga vayron bo'lishi uchun emas, balki shaharni elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun etarli.
Boshqariladigan yadro reaktsiyasi qanday sodir bo'lishini tushunishdan oldin, bu nima ekanligini bilishingiz kerak. yadro reaktsiyasi umuman.
Yadro reaktsiyasi atom yadrolarining elementar zarralar va gamma kvantlar bilan oʻzaro taʼsirlashganda oʻzgarishi (boʻlinishi) jarayonidir.
Yadro reaktsiyalari energiyaning yutilishi va chiqishi bilan ham sodir bo'lishi mumkin. Reaktor ikkinchi reaksiyalardan foydalanadi.
Yadro reaktori maqsadi energiya chiqishi bilan boshqariladigan yadro reaktsiyasini saqlab turish bo'lgan qurilma.
Ko'pincha yadroviy reaktor atom reaktori deb ham ataladi. Shuni ta'kidlash kerakki, bu erda tub farq yo'q, ammo fan nuqtai nazaridan "yadro" so'zini ishlatish to'g'riroq. Hozirgi vaqtda yadroviy reaktorlarning ko'p turlari mavjud. Bular elektr stantsiyalarida energiya ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan ulkan sanoat reaktorlari, suv osti kemalarining yadro reaktorlari, ilmiy tajribalarda ishlatiladigan kichik eksperimental reaktorlardir. Hatto dengiz suvini tuzsizlantirish uchun ishlatiladigan reaktorlar ham mavjud.
Yadro reaktorining yaratilish tarixi
Birinchi yadro reaktori unchalik uzoq bo'lmagan 1942 yilda ishga tushirilgan. Bu Fermi boshchiligida AQShda sodir bo'ldi. Ushbu reaktor "Chikago o'rmoni" deb nomlangan.
1946 yilda Kurchatov boshchiligida ishga tushirilgan birinchi sovet reaktori ishlay boshladi. Ushbu reaktorning tanasi diametri etti metrli to'p edi. Birinchi reaktorlarda sovutish tizimi yo'q edi va ularning quvvati minimal edi. Aytgancha, sovet reaktorining o'rtacha quvvati 20 vatt, amerikalik esa atigi 1 vatt edi. Taqqoslash uchun: zamonaviy quvvat reaktorlarining o'rtacha quvvati 5 Gigavattni tashkil qiladi. Birinchi reaktor ishga tushirilgandan o'n yil o'tmay, Obninsk shahrida dunyodagi birinchi sanoat atom elektr stantsiyasi ochildi.
Yadro (yadro) reaktorining ishlash printsipi
Har qanday yadroviy reaktor bir necha qismlarga ega: yadro Bilan yoqilg'i Va moderator , neytron reflektor , sovutish suvi , nazorat qilish va himoya qilish tizimi . Izotoplar ko'pincha reaktorlarda yoqilg'i sifatida ishlatiladi. uran (235, 238, 233), plutoniy (239) va toriy (232). Yadro oddiy suv (sovutgich) oqadigan qozondir. Boshqa sovutish suyuqliklari orasida "og'ir suv" va suyuq grafit kamroq qo'llaniladi. Agar atom elektr stantsiyalarining ishlashi haqida gapiradigan bo'lsak, u holda issiqlik ishlab chiqarish uchun yadro reaktoridan foydalaniladi. Elektr energiyasining o'zi boshqa turdagi elektr stantsiyalarida bo'lgani kabi bir xil usul yordamida ishlab chiqariladi - bug 'turbinani aylantiradi va harakat energiyasi elektr energiyasiga aylanadi.
Quyida yadro reaktorining ishlash diagrammasi keltirilgan.
Yuqorida aytib o'tganimizdek, og'ir uran yadrosining parchalanishi engilroq elementlar va bir nechta neytronlarni hosil qiladi. Olingan neytronlar boshqa yadrolar bilan to'qnashadi va ularning bo'linishiga olib keladi. Shu bilan birga, neytronlar soni qor ko'chkisi kabi o'sib boradi.
Bu erda aytib o'tish kerak neytronlarni ko'paytirish omili . Shunday qilib, agar bu koeffitsient birga teng qiymatdan oshsa, yadroviy portlash sodir bo'ladi. Agar qiymat birdan kichik bo'lsa, neytronlar juda oz bo'ladi va reaktsiya o'ladi. Ammo agar siz koeffitsient qiymatini birga teng tutsangiz, reaktsiya uzoq va barqaror davom etadi.
Savol shundaki, buni qanday qilish kerak? Reaktorda yoqilg'i deb ataladigan narsada yoqilg'i elementlari (TVELax). Bular kichik tabletkalar ko'rinishidagi tayoqchalardir: yadro yoqilg'isi . Yoqilg'i tayoqchalari olti burchakli kassetalarga ulangan, ulardan reaktorda yuzlab bo'lishi mumkin. Yoqilg'i tayoqlari bo'lgan kassetalar vertikal ravishda joylashtirilgan va har bir yonilg'i tayog'ida uning yadroga botirish chuqurligini sozlash imkonini beruvchi tizim mavjud. Kassetalarning o'ziga qo'shimcha ravishda ular o'z ichiga oladi nazorat tayoqlari Va favqulodda vaziyatlardan himoya qiluvchi tayoqlar . Rodlar neytronlarni yaxshi singdiruvchi materialdan qilingan. Shunday qilib, nazorat majmuasi yadroda turli xil chuqurliklarga tushirilishi mumkin va shu bilan neytronlarni ko'paytirish omilini moslashtiradi. Favqulodda rodlar favqulodda vaziyatlarda reaktorni o'chirish uchun mo'ljallangan.
Yadro reaktori qanday ishga tushiriladi?
Biz ishlash printsipining o'zini aniqladik, ammo reaktorni qanday ishga tushirish va ishlashni boshlash kerak? Taxminan aytganda, bu - uranning bir bo'lagi, lekin zanjir reaktsiyasi unda o'z-o'zidan boshlanmaydi. Gap shundaki, yadro fizikasida tushuncha bor kritik massa .
Kritik massa - yadro zanjiri reaktsiyasini boshlash uchun zarur bo'lgan parchalanuvchi materialning massasi.
Yoqilg'i tayoqchalari va boshqaruv rodlari yordamida birinchi navbatda reaktorda yadro yoqilg'isining kritik massasi hosil bo'ladi, so'ngra reaktor bir necha bosqichda optimal quvvat darajasiga keltiriladi.
Ushbu maqolada biz sizga yadroviy (yadro) reaktorning tuzilishi va ishlash printsipi haqida umumiy tushuncha berishga harakat qildik. Agar sizda mavzu bo'yicha savollaringiz bo'lsa yoki universitetda yadro fizikasi bo'yicha muammo so'ralgan bo'lsa, iltimos, murojaat qiling. kompaniyamiz mutaxassislariga. Odatdagidek, biz sizga o'qish bilan bog'liq har qanday dolzarb muammoni hal qilishda yordam berishga tayyormiz. Va shu bilan birga, e'tiboringizga yana bir o'quv videosini taqdim etamiz!
Yadro zanjiri reaktsiyasi- og'ir yadrolarning o'z-o'zidan bo'linish reaktsiyasi, bunda neytronlar uzluksiz ishlab chiqariladi, tobora ko'proq yangi yadrolarni bo'linadi.Uran-235 yadrosi neytron ta'sirida teng bo'lmagan massali ikkita radioaktiv bo'lakka bo'linadi, yuqori tezlikda uchadi. turli yo'nalishlarda va ikki yoki uchta neytron. Boshqariladigan zanjir reaktsiyalari yadroviy reaktorlarda yoki yadro qozonlarida amalga oshiriladi. Hozirda boshqariladigan zanjir reaktsiyalari uran-235, uran-233 (toriy-232 dan sun'iy ravishda olingan), plutoniy-239 (uriy-238 dan sun'iy ravishda olingan), shuningdek plutoniy-241 izotoplarida amalga oshiriladi. Uning izotopi - uran-235 ni tabiiy urandan ajratib olish juda muhim vazifadir. Yadro texnologiyasini rivojlantirishning dastlabki bosqichlaridanoq uran-235 dan foydalanish hal qiluvchi ahamiyatga ega edi, ammo uni sof shaklda olish texnik jihatdan qiyin edi, chunki uran-238 va uran-235 kimyoviy jihatdan ajralmasdir.
50.Yadro reaktorlari. Termoyadro energiyasidan foydalanish istiqbollari.
Yadro reaktori energiya chiqishi bilan birga boshqariladigan yadro zanjiri reaktsiyasi sodir bo'ladigan qurilma. Birinchi yadro reaktori 1942 yil dekabr oyida E. Fermi boshchiligida AQSHda qurilib ishga tushirilgan. Qo'shma Shtatlardan tashqarida qurilgan birinchi reaktor 1946 yil 25 dekabrda Kanadada ishga tushirilgan ZEEP edi. Yevropada birinchi yadro reaktori F-1 qurilmasi boʻlib, 1946-yil 25-dekabrda Moskvada I.V.Kurchatov boshchiligida ish boshlagan.1978-yilga kelib dunyoda yuzga yaqin har xil turdagi yadro reaktorlari ishlamoqda edi. Har qanday yadroviy reaktorning tarkibiy qismlari quyidagilardir: yadro yoqilg'isi bo'lgan yadro, odatda neytron reflektori bilan o'ralgan, sovutish suvi, zanjir reaktsiyasini boshqarish tizimi, radiatsiyadan himoya qilish va masofadan boshqarish tizimi. Reaktor idishi aşınmaya (ayniqsa ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida) duchor bo'ladi. Yadro reaktorining asosiy xususiyati uning quvvatidir. 1 MVt quvvat 1 soniyada 3·1016 bo'linish hodisasi sodir bo'lgan zanjirli reaktsiyaga to'g'ri keladi. Yuqori haroratli plazma fizikasi bo'yicha tadqiqotlar asosan termoyadro reaktorini yaratish istiqbollari bilan bog'liq holda olib boriladi. Reaktorga eng yaqin parametrlar tokamak tipidagi qurilmalardir. 1968 yilda T-3 qurilmasining plazma harorati o'n million darajaga yetgani ma'lum bo'ldi, ko'plab mamlakatlar olimlari so'nggi o'n yilliklarda ushbu yo'nalishni rivojlantirishga harakat qilishdi. -barqaror termoyadro reaktsiyasi turli mamlakatlar sa'y-harakatlari bilan Frantsiyada qurilayotgan tokamakda amalga oshirilishi kerak ITER. 21-asrning ikkinchi yarmida energetika sohasida termoyadro reaktorlaridan toʻliq miqyosda foydalanish kutilmoqda.Tokamaklardan tashqari yuqori haroratli plazmani cheklash uchun boshqa turdagi magnit tuzoqlar ham mavjud, masalan, ochiq tuzoqlar. Bir qator xususiyatlar tufayli ular yuqori bosimli plazmani ushlab turishi mumkin va shuning uchun termoyadroviy neytronlarning kuchli manbalari va kelajakda termoyadroviy reaktorlar sifatida yaxshi istiqbolga ega.
So'nggi yillarda SB RAS Yadro fizikasi institutida zamonaviy akssimmetrik ochiq tuzoqlarni tadqiq qilishda erishilgan muvaffaqiyatlar ushbu yondashuvning istiqbolidan dalolat beradi. Ushbu tadqiqotlar davom etmoqda va shu bilan birga, BINP yangi avlod ob'ekti loyihasi ustida ishlamoqda, u allaqachon reaktor parametrlariga yaqin plazma parametrlarini namoyish qila oladi.
Siz buni 20-asrning o'rtalarida allaqachon bilasiz. yangi energiya manbalarini topish muammosi paydo bo'ldi. Shu munosabat bilan termoyadro reaktsiyalari olimlarning e'tiborini tortdi.
- Termoyadro reaktsiyasi - o'nlab dan yuzlab million darajagacha bo'lgan haroratlarda sodir bo'ladigan engil yadrolarning (masalan, vodorod, geliy va boshqalar) sintez reaktsiyasi.
Yadrolarga etarlicha katta kinetik energiya berish uchun yuqori haroratni yaratish kerak - faqat shu sharoitda yadrolar elektr itarish kuchlarini engib, yadro kuchlarining ta'sir zonasiga tushish uchun etarlicha yaqinlasha oladi. Bunday kichik masofalarda yadro tortishish kuchlari elektr itarish kuchlaridan sezilarli darajada oshadi, buning natijasida yadrolarning sintezi (ya'ni, sintez, assotsiatsiya) mumkin.
58-§da uran misolidan foydalanib, og'ir yadrolarning bo'linishi paytida energiya ajralib chiqishi mumkinligi ko'rsatilgan. Yengil yadrolarda energiya teskari jarayonda - ularning sintezi paytida ajralib chiqishi mumkin. Bundan tashqari, engil yadrolarning birlashishi reaktsiyasi og'ir yadrolarning bo'linish reaktsiyasiga qaraganda energiya jihatidan qulayroqdir (agar bir nuklonga ajratilgan energiyani solishtirsak).
Vodorod izotoplarining (deyteriy va tritiy) sintezi termoyadro reaktsiyasiga misol bo'la oladi, natijada geliy hosil bo'ladi va neytron chiqariladi:
Bu olimlar amalga oshirishga muvaffaq bo'lgan birinchi termoyadro reaktsiyasi. U termoyadroviy bombada amalga oshirilgan va boshqarib bo'lmaydigan (portlovchi) xususiyatga ega edi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, termoyadroviy reaktsiyalar katta miqdorda energiya chiqishi bilan sodir bo'lishi mumkin. Ammo bu energiya tinch maqsadlarda ishlatilishi uchun boshqariladigan termoyadro reaktsiyalarini o'rganish kerak. Bunday reaktsiyalarni amalga oshirishdagi asosiy qiyinchiliklardan biri yadro sintezi sodir bo'ladigan qurilma ichida yuqori haroratli plazma (deyarli to'liq ionlashtirilgan gaz) bo'lishidir. Plazma o'zi joylashgan o'rnatishning devorlari bilan aloqa qilmasligi kerak, aks holda devorlar bug'ga aylanadi. Hozirgi vaqtda juda kuchli magnit maydonlar plazmani devorlardan tegishli masofada cheklangan makonda cheklash uchun ishlatiladi.
Koinot evolyutsiyasida, xususan, undagi kimyoviy moddalarning o'zgarishida termoyadro reaksiyalari muhim rol o'ynaydi.
Quyosh chuqurligida sodir bo'ladigan termoyadro reaktsiyalari tufayli Yer aholisiga hayot beradigan energiya chiqariladi.
Bizning Quyoshimiz deyarli 4,6 milliard yil davomida kosmosga yorug'lik va issiqlik tarqatmoqda. Tabiiyki, har doim olimlarni "yoqilg'i" nima degan savol qiziqtirgan, buning natijasida Quyosh uzoq vaqt davomida juda katta energiya ishlab chiqaradi.
Bu borada turli farazlar bor edi. Ulardan biri Quyoshdagi energiya kimyoviy yonish reaktsiyasi natijasida ajralib chiqishi edi. Ammo bu holda, hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, Quyosh bor-yo'g'i bir necha ming yil mavjud bo'lishi mumkin, bu haqiqatga ziddir.
Asl gipoteza 19-asrning o'rtalarida ilgari surilgan. Bu ichki energiyaning ortishi va shunga mos ravishda Quyosh haroratining oshishi tortishish siqilishi paytida uning potentsial energiyasining pasayishi tufayli sodir bo'lgan. Bu ham chidab bo'lmas bo'lib chiqdi, chunki bu holda Quyoshning umri milliardlab yillarga emas, balki millionlab yillarga oshadi.
Quyoshda energiyaning chiqishi unda sodir bo'ladigan termoyadro reaktsiyalari natijasida sodir bo'ladi degan taxmin 1939 yilda amerikalik fizik Xans Bethe tomonidan ilgari surilgan.
Ular, shuningdek, deb atalmish taklif vodorod aylanishi, ya'ni vodoroddan geliy hosil bo'lishiga olib keladigan uchta termoyadro reaktsiyasi zanjiri:
Bu erda zarracha "neytrino" deb ataladi, bu italyancha "kichik neytron" degan ma'noni anglatadi.
Uchinchi reaktsiya uchun zarur bo'lgan ikkita yadro hosil qilish uchun birinchi ikkitasi ikki marta sodir bo'lishi kerak.
Siz allaqachon bilasizki, E = ms 2 formulasiga muvofiq, tananing ichki energiyasi kamayishi bilan uning massasi ham kamayadi.
Vodorodning geliyga aylanishi natijasida Quyosh yo'qotadigan ulkan energiya miqdorini tasavvur qilish uchun Quyoshning massasi har soniyada bir necha million tonnaga kamayishini bilish kifoya. Ammo, yo'qotishlarga qaramay, Quyoshdagi vodorod zaxiralari yana 5-6 milliard yil davom etishi kerak.
Xuddi shu reaktsiyalar boshqa yulduzlarning ichki qismida sodir bo'ladi, ularning massasi va yoshi Quyoshning massasi va yoshi bilan taqqoslanadi.
Savollar
- Qanday reaksiya termoyadro deb ataladi? Reaksiyaga misol keltiring.
- Nima uchun termoyadro reaktsiyalari faqat juda yuqori haroratlarda mumkin?
- Qaysi reaksiya energetik jihatdan qulayroq (nuklonga): engil yadrolarning birlashishi yoki og'irlarning bo'linishi?
- Termoyadro reaksiyalarini amalga oshirishdagi asosiy qiyinchiliklardan biri nima?
- Yerda hayot mavjudligida termoyadro reaksiyalarining ahamiyati qanday?
- Zamonaviy g'oyalarga ko'ra quyosh energiyasining manbai nima?
- Olimlarning hisob-kitoblariga ko'ra, Quyoshda vodorod ta'minoti qancha davom etishi kerak?
Bu qiziq...
Elementar zarralar. Antizarralar
Har xil moddalarning atomlarini - elektron, proton va neytronni tashkil etuvchi zarralar elementar deyiladi. "Elementar" so'zi bu zarralar birlamchi, eng oddiy, keyinchalik bo'linmas va o'zgarmas ekanligini anglatadi. Ammo tez orada bu zarralar umuman o'zgarmas emasligi ma'lum bo'ldi. Ularning barchasi o'zaro ta'sirlashganda bir-biriga aylanish qobiliyatiga ega.
Shuning uchun zamonaviy fizikada "elementar zarralar" atamasi odatda aniq ma'nosida emas, balki atomlar yoki atom yadrolari bo'lmagan materiyaning eng kichik zarrachalarining katta guruhini nomlash uchun ishlatiladi (istisno - yadro bo'lgan proton). vodorod atomining va bir vaqtning o'zida elementar zarrachalarga tegishli).
Hozirgi vaqtda 350 dan ortiq turli xil elementar zarralar ma'lum. Bu zarralar xossalari jihatidan juda xilma-xildir. Ular bir-biridan elektr zaryadining massasi, belgisi va kattaligi, ishlash muddati (ya'ni, zarracha hosil bo'lgandan to boshqa zarrachaga aylangunga qadar bo'lgan vaqt), kirib borish qobiliyati (ya'ni, o'tish qobiliyati) bilan farq qilishi mumkin. materiya orqali ) va boshqa xususiyatlar. Masalan, ko'pchilik zarrachalar "qisqa muddatli" - ular soniyaning ikki milliondan ko'p bo'lmagan qismi yashaydi, neytronning atom yadrosidan tashqaridagi o'rtacha umri esa 15 minut.
Elementar zarrachalarni tadqiq qilish sohasidagi eng muhim kashfiyot 1932 yilda amerikalik fizik Karl Devid Anderson magnit maydonga joylashtirilgan bulut kamerasida noma'lum zarrachaning izini aniqlaganida amalga oshirildi. Ushbu izning tabiatiga (egrilik radiusi, egilish yo'nalishi va boshqalar) asoslanib, olimlar uni musbat elektr zaryadli elektronga o'xshash zarracha qoldirganligini aniqladilar. Bu zarracha pozitron deb ataldi.
Qizig'i shundaki, pozitronning eksperimental kashfiyotidan bir yil oldin uning mavjudligini ingliz fizigi Pol Dirak nazariy jihatdan bashorat qilgan edi (xuddi shunday zarrachaning mavjudligi u chiqqan tenglamadan kelib chiqqan). Bundan tashqari, Dirak annigilyatsiya (yo'qolib ketish) deb ataladigan jarayonlarni va elektron-pozitron juftligining tug'ilishini bashorat qilgan. Annigilyatsiya - elektron va pozitron uchrashganda yo'qolib, g-kvantaga (fotonlarga) aylanadi. Va g-kvant har qanday massiv yadro bilan to'qnashganda, elektron-pozitron juftligi tug'iladi.
Bu ikkala jarayon birinchi marta 1933 yilda eksperimental tarzda kuzatilgan.166-rasmda g-nurlarining qoʻrgʻoshin plastinkasidan oʻtishida g-kvantning qoʻrgʻoshin atomi bilan toʻqnashishi natijasida hosil boʻlgan elektron va pozitronning izlari koʻrsatilgan. Tajriba magnit maydonga joylashtirilgan bulutli kamerada o‘tkazildi. Yo'llarning bir xil egriligi zarrachalarning bir xil massasini, turli yo'nalishdagi egrilik esa elektr zaryadining qarama-qarshi belgilarini ko'rsatadi.
Guruch. 166. Elektron-pozitron juftligining magnit maydondagi izlari
1955 yilda yana bir antipartikul - antiproton (uning mavjudligi Dirak nazariyasidan kelib chiqqan) va biroz keyinroq - antineytron kashf qilindi. Antineytron, xuddi neytron kabi, elektr zaryadiga ega emas, lekin u shubhasiz antizarralarga tegishli, chunki u neytron-antineytron juftligini yo'q qilish va tug'ilish jarayonida ishtirok etadi.
Antipartikullarni olish imkoniyati olimlarni antimateriya yaratish g'oyasiga olib keldi. Antimateriya atomlarini shunday qurish kerak: atomning markazida antiproton va antineytronlardan tashkil topgan manfiy zaryadlangan yadro joylashgan va yadro atrofida pozitronlar aylanadi. Umuman olganda, atom neytraldir. Bu fikr ham ajoyib eksperimental tasdiqni oldi. 1969 yilda Serpuxovdagi proton tezlatgichida sovet fiziklari antigeliy atomlarining yadrolarini olishdi.
Hozirgi vaqtda deyarli barcha ma'lum elementar zarralarning antizarralari eksperimental ravishda kashf etilgan.
Bo'lim xulosasi. Eng asosiysi
Quyida fizik tushunchalar va hodisalar keltirilgan. Ta'riflar va formulalarni taqdim etish ketma-ketligi tushunchalar ketma-ketligiga mos kelmaydi va hokazo.
Tushunchalar nomlarini daftaringizga o'tkazing va kvadrat qavs ichiga ushbu tushunchaga mos keladigan ta'rifning (so'zning) seriya raqamini kiriting.
- Radioaktivlik;
- atom tuzilishining yadroviy (sayyoraviy) modeli;
- atom yadrosi;
- atom yadrolarining radioaktiv transformatsiyalari;
- atom va yadro fizikasida zarralarni o'rganishning eksperimental usullari;
- yadroviy kuchlar;
- yadroviy bog'lanish energiyasi;
- atom yadrosining massa nuqsoni;
- zanjir reaktsiyasi;
- yadroviy reaktor;
- atom elektr stansiyalaridan foydalanish natijasida yuzaga keladigan ekologik va ijtimoiy muammolar;
- so'rilgan nurlanish dozasi.
- Geiger hisoblagichi yordamida zarrachalarni ro'yxatga olish, bulut kamerasi va qabariq kamerasida zarracha izlarini (shu jumladan yadroviy reaktsiyalarda ishtirok etganlarni) o'rganish va suratga olish.
- Atom yadrolaridagi nuklonlar orasidagi tortishish kuchlari va protonlar orasidagi elektrostatik itarilish kuchlaridan sezilarli darajada oshib ketadi.
- Yadroni alohida nuklonlarga bo'lish uchun zarur bo'lgan minimal energiya.
- Ba'zi elementlarning atomlari tomonidan radioaktiv nurlarning o'z-o'zidan chiqishi.
- Boshqariladigan yadro reaktsiyasini amalga oshirish uchun mo'ljallangan qurilma.
- Nuklonlardan (ya'ni proton va neytronlardan) iborat.
- Radioaktiv chiqindilar, avariyalar ehtimoli, yadroviy qurollarning tarqalishini rag'batlantirish.
- Atom o'z markazida joylashgan musbat zaryadlangan yadrodan iborat bo'lib, uning atrofida elektronlar yadro hajmidan sezilarli darajada kattaroq masofada aylanadi.
- Bir kimyoviy elementning a- yoki b-emirilish orqali boshqasiga aylanishi, buning natijasida dastlabki atomning yadrosi o'zgaradi.
- Yadroni tashkil etuvchi nuklonlarning massalari yig'indisi va bu yadro massasi o'rtasidagi farq.
- Og'ir yadrolarning o'z-o'zidan bo'linish reaktsiyasi, unda neytronlar doimiy ravishda ishlab chiqariladi va ko'proq yangi yadrolarni ajratadi.
- Chiqarilgan modda (xususan, tana to'qimalari) tomonidan so'rilgan va birlik massasi uchun hisoblangan ionlashtiruvchi nurlanish energiyasi.
o'zingizni tekshiring
Birlashish reaktsiyasi quyidagicha bo'ladi: ikki yoki undan ortiq atom yadrolari olinadi va ma'lum bir kuch ishlatib, shunchalik yaqinlashtiriladiki, bunday masofalarda ta'sir qiluvchi kuchlar teng zaryadlangan yadrolar orasidagi Kulon itarish kuchlaridan ustun keladi, natijada atom yadrolari hosil bo'ladi. yangi yadro. U dastlabki yadrolarning massalari yig'indisidan bir oz kichikroq massaga ega bo'ladi va farq reaktsiya paytida chiqarilgan energiyaga aylanadi. Chiqarilgan energiya miqdori taniqli E=mc² formulasi bilan tavsiflanadi. Yengilroq atom yadrolarini kerakli masofaga yig'ish osonroq, shuning uchun vodorod - koinotdagi eng ko'p element - termoyadroviy reaktsiya uchun eng yaxshi yoqilg'i.
Aniqlanishicha, vodorodning ikki izotopi, deyteriy va tritiy aralashmasi reaksiya davomida ajralib chiqadigan energiyaga nisbatan termoyadroviy reaksiya uchun eng kam energiya talab qiladi. Biroq, deyteriy-tritiy (D-T) ko'pgina termoyadroviy tadqiqotlar mavzusi bo'lsa-da, u yagona potentsial yoqilg'i emas. Boshqa aralashmalarni ishlab chiqarish osonroq bo'lishi mumkin; ularning reaktsiyasi ishonchliroq boshqarilishi mumkin, yoki, eng muhimi, kamroq neytronlar hosil qiladi. "Neytronsiz" deb ataladigan reaktsiyalar alohida qiziqish uyg'otadi, chunki bunday yoqilg'idan muvaffaqiyatli sanoatda foydalanish materiallar va reaktor dizaynining uzoq muddatli radioaktiv ifloslanishining yo'qligini anglatadi, bu esa o'z navbatida jamoatchilikka ijobiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. fikr va reaktorni ishlatishning umumiy qiymati, uni ishdan chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi. Muammo shundaki, muqobil yoqilg'ilardan foydalangan holda sintez reaktsiyalarini saqlab qolish ancha qiyin, shuning uchun D-T reaktsiyasi faqat zaruriy birinchi qadam hisoblanadi.
Deyteriy-tritiy reaksiyasining sxemasi
Boshqariladigan termoyadroviy ishlatiladigan yoqilg'i turiga qarab turli xil termoyadroviy reaktsiyalardan foydalanishi mumkin.
Deyteriy + tritiy reaktsiyasi (D-T yoqilg'isi)
Eng oson amalga oshiriladigan reaktsiya deyteriy + tritiy:
2 H + 3 H = 4 He + n 17,6 MeV (megaelektronvolt) energiya chiqishida
Ushbu reaktsiya zamonaviy texnologiyalar nuqtai nazaridan eng oson amalga oshiriladi, sezilarli energiya rentabelligini ta'minlaydi va yoqilg'i komponentlari arzon. Uning kamchiligi - kiruvchi neytron nurlanishining chiqishi.
Ikki yadro: deyteriy va tritiy birlashib geliy yadrosi (alfa zarrasi) va yuqori energiyali neytron hosil qiladi.
²H + ³He = 4 He + . 18,4 MeV energiya chiqishi bilan
Unga erishish shartlari ancha murakkab. Geliy-3 ham noyob va juda qimmat izotopdir. Hozirda u sanoat miqyosida ishlab chiqarilmaydi. Biroq, uni atom elektr stantsiyalarida navbat bilan ishlab chiqariladigan tritiydan olish mumkin.
Termoyadro reaktsiyasini o'tkazishning murakkabligi nTt ning uch martalik mahsuloti bilan tavsiflanishi mumkin (harorat bo'yicha zichlik chegara vaqti bo'yicha). Ushbu parametr bo'yicha D-3He reaktsiyasi D-T reaktsiyasidan taxminan 100 marta murakkabroq.
Deyteriy yadrolari orasidagi reaktsiya (D-D, monopropellant)
Deyteriy yadrolari orasidagi reaktsiyalar ham mumkin, ular geliy-3 ishtirokidagi reaktsiyalarga qaraganda biroz qiyinroq:
Natijada, DD plazmasida asosiy reaktsiyaga qo'shimcha ravishda, quyidagilar ham sodir bo'ladi:
Bu reaksiyalar deyteriy + geliy-3 reaksiyasiga parallel ravishda sekin kechadi va ular davomida hosil boʻlgan tritiy va geliy-3 deyteriy bilan darhol reaksiyaga kirishishi mumkin.
Boshqa turdagi reaktsiyalar
Ba'zi boshqa turdagi reaktsiyalar ham mumkin. Yoqilg'i tanlovi ko'plab omillarga bog'liq - uning mavjudligi va arzonligi, energiya chiqishi, termoyadroviy sintez reaktsiyasi uchun zarur bo'lgan sharoitlarga erishish qulayligi (birinchi navbatda harorat), reaktorning zarur dizayn xususiyatlari va boshqalar.
"Neytronsiz" reaktsiyalar
Eng istiqbolli deb atalmish. "Neytronsiz" reaktsiyalar, chunki termoyadro sintezi natijasida hosil bo'lgan neytron oqimi (masalan, deyteriy-tritiy reaktsiyasida) quvvatning katta qismini olib ketadi va reaktor dizaynida induksiyalangan radioaktivlikni hosil qiladi. Deyteriy-geliy-3 reaktsiyasi neytron hosildorligining etishmasligi tufayli istiqbolli.
Shartlar
Litiy-6 ning deyteriy 6 Li(d,a)a bilan yadro reaksiyasi
Agar ikkita mezon bir vaqtning o'zida bajarilsa, TCB mumkin:
- Plazma harorati:
- Lawson mezoniga muvofiqligi:
bu erda yuqori haroratli plazma zichligi, tizimdagi plazmani ushlab turish vaqti.
Muayyan termoyadro reaktsiyasining sodir bo'lish tezligi asosan ushbu ikki mezonning qiymatiga bog'liq.
Hozirgi vaqtda boshqariladigan termoyadro termoyadroviy sintezi sanoat miqyosida hali amalga oshirilmagan. ITER xalqaro tadqiqot reaktori qurilishi dastlabki bosqichda.
termoyadroviy energiya va geliy-3
Yerdagi geliy-3 zahiralari 500 kg dan 1 tonnagacha, ammo Oyda u sezilarli miqdorda topiladi: 10 million tonnagacha (minimal hisob-kitoblarga ko'ra - 500 ming tonna). Hozirgi vaqtda boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi geliy-4 4 He va "tez" neytron n chiqishi bilan deyteriy ²H va tritiy ³H sintezi orqali amalga oshiriladi:
Biroq, chiqarilgan kinetik energiyaning katta qismi (80% dan ortig'i) neytrondan keladi. Bo'laklarning boshqa atomlar bilan to'qnashuvi natijasida bu energiya issiqlik energiyasiga aylanadi. Bundan tashqari, tez neytronlar katta miqdordagi radioaktiv chiqindilarni hosil qiladi. Bundan farqli o'laroq, deyteriy va geliy-3³ sintezi (deyarli) radioaktiv mahsulotlarni ishlab chiqarmaydi:
Bu erda p - proton
Bu kinetik sintez reaktsiyasini aylantirish uchun oddiyroq va samaraliroq tizimlardan foydalanishga imkon beradi, masalan, magnithidrodinamik generator.
Reaktor dizaynlari
Boshqariladigan termoyadro sintezini amalga oshirishning ikkita asosiy sxemasi ko'rib chiqiladi.
Birinchi turdagi termoyadro reaktorlari bo'yicha tadqiqotlar ikkinchisiga qaraganda ancha rivojlangan. Yadro fizikasida termoyadro sintezini o'rganishda plazmani ma'lum hajmda saqlash uchun magnit tuzoqdan foydalaniladi. Magnit tuzoq plazmani termoyadroviy reaktorning elementlari bilan aloqa qilishdan saqlash uchun mo'ljallangan, ya'ni. asosan issiqlik izolyatori sifatida ishlatiladi. Himoya qilish printsipi zaryadlangan zarralarning magnit maydon bilan o'zaro ta'siriga, ya'ni zaryadlangan zarralarning magnit maydon chiziqlari atrofida aylanishiga asoslanadi. Afsuski, magnitlangan plazma juda beqaror va magnit maydonni tark etishga intiladi. Shuning uchun samarali magnit tuzoqni yaratish uchun juda katta energiya sarflaydigan eng kuchli elektromagnitlardan foydalaniladi.
Agar termoyadroviy reaktor bir vaqtning o'zida sintez reaktsiyasini yaratishning uchta usulidan foydalansa, uning hajmini kamaytirish mumkin.
A. Inertial sintez. 500 trillion vattli lazer bilan deyteriy-tritiy yoqilg'ining mayda kapsulalarini nurlantirish:5. 10^14 Vt. Ushbu ulkan, juda qisqa 10^-8 sek lazer zarbasi yonilg'i kapsulalarining portlashiga olib keladi va natijada bir soniya ichida mini yulduz tug'iladi. Ammo unda termoyadroviy reaktsiyaga erishib bo'lmaydi.
B. Tokamak bilan bir vaqtda Z-mashinadan foydalaning.
Z-mashina lazerdan boshqacha ishlaydi. U quvvati yarim trillion vatt 5,10^11 vatt bo'lgan yonilg'i kapsulasini o'rab turgan mayda simlar tarmog'idan o'tadi.
Keyinchalik, taxminan xuddi shu narsa lazer bilan sodir bo'ladi: Z-ta'siri natijasida yulduz hosil bo'ladi. Z-Machine-dagi sinovlar davomida termoyadroviy reaktsiyani boshlash mumkin edi. http://www.sandia.gov/media/z290.htm Kapsulalarni kumush bilan yoping va ularni kumush yoki grafit ip bilan bog'lang. Ateşleme jarayoni quyidagicha ko'rinadi: filamentni (deyteriy va tritiy aralashmasidan iborat kumush sharlar guruhiga biriktirilgan) vakuum kamerasiga otib tashlang. Buzilish (razryad) paytida ular orqali chaqmoq kanalini hosil qiling va plazma orqali oqim bering. Bir vaqtning o'zida kapsulalarni va plazmani lazer nurlanishi bilan nurlantirish. Va bir vaqtning o'zida yoki undan oldin Tokamakni yoqing. bir vaqtning o'zida uchta plazma isitish jarayonidan foydalaning. Ya'ni, Z-mashina va lazerli isitishni birga Tokamak ichiga joylashtiring. Tokamak bobinlaridan tebranish sxemasini yaratish va rezonansni tashkil qilish mumkin bo'lishi mumkin. Keyin u tejamkor tebranish rejimida ishlaydi.
Yoqilg'i aylanishi
Birinchi avlod reaktorlari, ehtimol, deyteriy va tritiy aralashmasida ishlaydi. Reaktsiya jarayonida paydo bo'ladigan neytronlar reaktor himoyasi tomonidan so'riladi va hosil bo'lgan issiqlik issiqlik almashtirgichdagi sovutish suvini isitish uchun ishlatiladi va bu energiya, o'z navbatida, generatorni aylantirish uchun ishlatiladi.
. .Li6 bilan reaksiya ekzotermik bo'lib, reaktor uchun kam energiya beradi. Li7 bilan reaksiya endotermik - lekin neytronlarni iste'mol qilmaydi. Hech bo'lmaganda Li7 ning ba'zi reaktsiyalari boshqa elementlar bilan reaksiyalarda yo'qolgan neytronlarni almashtirish uchun zarur. Ko'pgina reaktor konstruktsiyalarida lityum izotoplarining tabiiy aralashmalari qo'llaniladi.
Ushbu yoqilg'ining bir qator kamchiliklari bor:
Reaktsiya reaktor va issiqlik almashtirgichni faollashtiradigan (radioaktiv ifloslantiruvchi) ko'p sonli neytronlarni hosil qiladi. Radioaktiv tritiyning mumkin bo'lgan manbasidan himoya qilish choralari ham talab qilinadi.
Termoyadroviy energiyaning atigi 20% ga yaqini zaryadlangan zarralar (qolganlari neytronlar) shaklida bo'lib, termoyadroviy energiyani bevosita elektrga aylantirish imkoniyatini cheklaydi. D-T reaktsiyasidan foydalanish deyteriy zahiralaridan sezilarli darajada kamroq bo'lgan mavjud lityum zahiralariga bog'liq. D-T reaktsiyasi paytida neytron ta'siri shunchalik muhimki, ushbu yoqilg'idan foydalangan holda hozirgi kunga qadar eng katta reaktor bo'lgan JETda birinchi seriyali sinovlardan so'ng reaktor shu qadar radioaktiv bo'lib qoldiki, yillik sinov siklini yakunlash uchun robotlashtirilgan masofaviy texnik xizmat ko'rsatish tizimini qo'shishga to'g'ri keldi.
Nazariy jihatdan, bu kamchiliklarga ega bo'lmagan yoqilg'ining muqobil turlari mavjud. Ammo ulardan foydalanish asosiy jismoniy cheklov bilan to'sqinlik qiladi. Termoyadroviy reaksiyadan yetarli energiya olish uchun ma’lum vaqt davomida termoyadroviy haroratda (10 8 K) etarlicha zich plazmani ushlab turish kerak. Ushbu termoyadroviyning asosiy jihati muvozanat nuqtasiga erishish uchun zarur bo'lgan plazma zichligi n va isitiladigan plazma ushlab turish vaqti, t mahsuloti bilan tavsiflanadi. Mahsulot, nt, yoqilg'i turiga bog'liq va plazma haroratining funktsiyasidir. Yoqilg'ining barcha turlaridan deyteriy-tritiy aralashmasi eng kichik nt qiymatini kamida kattalik tartibida va eng past reaktsiya haroratini kamida 5 marta talab qiladi. Shunday qilib, D-T reaktsiyasi zaruriy birinchi qadamdir, ammo boshqa yoqilg'ilardan foydalanish muhim tadqiqot maqsadi bo'lib qolmoqda.
Elektr energiyasining sanoat manbai sifatida termoyadroviy reaksiya
Termoyadroviy energiya ko'plab tadqiqotchilar tomonidan uzoq muddatda "tabiiy" energiya manbai sifatida qaraladi. Elektr ishlab chiqarish uchun termoyadroviy reaktorlardan tijorat maqsadlarida foydalanish tarafdorlari o'z foydasiga quyidagi dalillarni keltiradilar:
- Deyarli tugamaydigan yoqilg'i zaxiralari (vodorod)
- Yoqilg'i dengiz suvidan dunyoning istalgan qirg'og'ida olinishi mumkin, bu esa bir yoki bir guruh mamlakatlarning yoqilg'ini monopollashtirishini imkonsiz qiladi.
- Nazoratsiz termoyadroviy reaksiyaning mumkin emasligi
- Yonish mahsulotlari yo'q
- Yadro qurolini ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan materiallardan foydalanishning hojati yo'q, bu esa sabotaj va terrorizm holatlarini bartaraf etadi.
- Yadro reaktorlari bilan solishtirganda, arzimas miqdordagi radioaktiv chiqindilar qisqa yarim umr bilan ishlab chiqariladi.
- Deyteriy bilan to'ldirilgan qoziq 20 tonna ko'mirga teng energiya ishlab chiqarishi taxmin qilinmoqda. O'rta kattalikdagi ko'l har qanday mamlakatni yuzlab yillar davomida energiya bilan ta'minlay oladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, mavjud tadqiqot reaktorlari to'g'ridan-to'g'ri deyteriy-tritiy (DT) reaktsiyasiga erishish uchun mo'ljallangan, uning yoqilg'i aylanishi tritiy ishlab chiqarish uchun litiydan foydalanishni talab qiladi, tuganmas energiyaga da'volar esa deyteriy-tritiydan foydalanishni nazarda tutadi. reaktorlarning ikkinchi avlodida deyteriy (DD) reaksiyasi.
- Bo'linish reaktsiyasi singari, termoyadroviy reaktsiya ham atmosferaga karbonat angidrid chiqindilarini chiqarmaydi, bu global isishga asosiy hissa qo'shadi. Bu muhim afzallikdir, chunki elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun qazib olinadigan yoqilg'idan foydalanish, masalan, AQShda har bir AQSh aholisi uchun kuniga 29 kg CO 2 (global isishning sababi deb hisoblanishi mumkin bo'lgan asosiy gazlardan biri) ishlab chiqarishga olib keladi. .
An'anaviy manbalarga nisbatan elektr energiyasining narxi
Tanqidchilarning ta'kidlashicha, elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun yadroviy sintezdan foydalanishning iqtisodiy maqsadga muvofiqligi ochiq savol bo'lib qolmoqda. Britaniya parlamentining Fan va texnologiya yozuvlari byurosi tomonidan o'tkazilgan tadqiqot shuni ko'rsatadiki, termoyadroviy reaktor yordamida elektr energiyasini ishlab chiqarish narxi an'anaviy energiya manbalarining narxidan yuqori bo'lishi mumkin. Ko'p narsa kelajakdagi texnologiya, bozor tuzilishi va tartibga solishga bog'liq bo'ladi. Elektr energiyasining narxi to'g'ridan-to'g'ri foydalanish samaradorligiga, ishlash muddatiga va reaktorni ishdan chiqarish narxiga bog'liq. Yadro termoyadroviy energiyasidan tijorat maqsadlarida foydalanish tanqidchilari uglevodorod yoqilg'ilari hukumat tomonidan to'g'ridan-to'g'ri va bilvosita, masalan, uzluksiz ta'minotni ta'minlash uchun harbiylardan foydalanish orqali katta miqdorda subsidiyalanishini inkor etadilar; Iroq urushi ko'pincha munozarali misol sifatida keltiriladi. ushbu turdagi subsidiyalar. Bunday bilvosita subsidiyalarni hisobga olish juda murakkab va aniq xarajatlarni taqqoslashni deyarli imkonsiz qiladi.
Alohida masala - tadqiqotning narxi. Evropa hamjamiyatiga a'zo mamlakatlar har yili tadqiqotga 200 million yevro sarflaydi va yadroviy sintezdan sanoatda foydalanish mumkin bo'lgunga qadar yana bir necha o'n yillar kerak bo'lishi taxmin qilinmoqda. Elektr energiyasining muqobil manbalari tarafdorlari ushbu mablag'larni qayta tiklanadigan elektr energiyasi manbalarini joriy qilish uchun ishlatish maqsadga muvofiq deb hisoblaydilar.
Tijoriy termoyadroviy energiyaning mavjudligi
Afsuski, keng tarqalgan optimizmga qaramay (1950-yillardan boshlab, birinchi tadqiqot boshlanganidan beri), bugungi kunda yadro sintezi jarayonlarini tushunish, texnologik imkoniyatlar va yadroviy sintezdan amaliy foydalanish o'rtasidagi muhim to'siqlar haligacha bartaraf etilmagan, hatto bu qanchalik aniq emas. bo'lishi mumkin Termoyadro sintezidan foydalangan holda elektr energiyasini ishlab chiqarish iqtisodiy jihatdan foydalidir. Tadqiqotdagi taraqqiyot doimiy bo'lsa-da, tadqiqotchilar vaqti-vaqti bilan yangi muammolarga duch kelishadi. Misol uchun, muammo neytron bombardimoniga bardosh bera oladigan materialni ishlab chiqishdir, bu an'anaviy yadro reaktorlariga qaraganda 100 baravar kuchliroqdir.
Tadqiqotda quyidagi bosqichlar ajratiladi:
1.Muvozanat yoki "o'tish" rejimi(Tezlik): sintez jarayonida ajralib chiqadigan umumiy energiya reaksiyani boshlash va ushlab turish uchun sarflangan umumiy energiyaga teng bo'lganda. Bu munosabat Q belgisi bilan belgilanadi. Reaksiya muvozanati 1997 yilda Buyuk Britaniyadagi JET (Joint European Torus) da namoyish etilgan. (Olimlar uni isitish uchun 52 MVt elektr energiyasini sarflab, sarflanganidan 0,2 MVt yuqori quvvatga ega bo'lishdi.)
2.Yonuvchan plazma(Yonayotgan plazma): oraliq bosqich, bunda reaksiya tashqi isitish bilan emas, balki reaksiya davomida hosil bo'ladigan alfa zarralari tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. Q ≈ 5. Hali ham erishilmadi.
3. Yonish(Olovlanish): o'zini tutadigan barqaror reaktsiya. Q ning katta qiymatlarida erishish kerak. Hali ham erishilmadi.
Tadqiqotning keyingi bosqichi ITER (Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor), Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor bo'lishi kerak. Ushbu reaktorda yuqori haroratli plazma (Q ~ 30 bilan alangali plazma) va sanoat reaktori uchun konstruktiv materiallarning harakatini o'rganish rejalashtirilgan. Tadqiqotning yakuniy bosqichi DEMO bo'ladi: sanoat reaktorining prototipi bo'lib, unda o't o'chirishga erishiladi va yangi materiallarning amaliy yaroqliligi namoyish etiladi. DEMO bosqichini yakunlash uchun eng optimistik prognoz: 30 yil. Sanoat reaktorini qurish va ishga tushirish uchun taxminiy vaqtni hisobga olsak, biz termoyadro energiyasidan sanoatda foydalanishdan ~ 40 yil uzoqdamiz.
Mavjud tokamaklar
Dunyoda jami 300 ga yaqin tokamak qurilgan. Ulardan eng kattasi quyida keltirilgan.
- SSSR va Rossiya
- T-3 - birinchi funktsional qurilma.
- T-4 - T-3 ning kattalashtirilgan versiyasi
- T-7 noyob o'rnatish bo'lib, unda dunyoda birinchi marta suyuq geliy bilan sovutilgan qalay niobatga asoslangan supero'tkazuvchi solenoidga ega nisbatan katta magnit tizim amalga oshirildi. T-7 ning asosiy vazifasi bajarildi: termoyadroviy energiya uchun supero'tkazuvchi solenoidlarning keyingi avlodi uchun istiqbol tayyorlandi.
- T-10 va PLT jahon termoyadroviy tadqiqotlaridagi navbatdagi qadam bo'lib, ular deyarli bir xil o'lchamdagi, teng quvvatga ega, bir xil qamoqqa olish faktoriga ega. Va olingan natijalar bir xil: ikkala reaktor ham termoyadro termoyadrosining istalgan haroratiga erishdi va Lawson mezoniga ko'ra kechikish atigi ikki yuz marta.
- T-15 - 3,6 Tesla maydon kuchiga ega bo'lgan o'ta o'tkazuvchan solenoidga ega bugungi reaktor.
- Liviya
- TM-4A
- Yevropa va Buyuk Britaniya
- JET (inglizcha) (Joint Europeus Tor) — Buyuk Britaniyadagi Evratom tashkiloti tomonidan yaratilgan dunyodagi eng yirik tokamak. U kombinatsiyalangan isitishdan foydalanadi: 20 MVt - neytral in'ektsiya, 32 MVt - ion siklotron rezonansi. Natijada, Lawson mezoni ateşleme darajasidan atigi 4-5 baravar past.
- Tore Supra (frantsuz) (inglizcha) - dunyodagi eng katta o'tkazgichlardan biri bo'lgan o'ta o'tkazgichli tokamak. Cadarache tadqiqot markazida (Frantsiya) joylashgan.
- AQSH
- TFTR (inglizcha) (Test Fusion Tokamak Reactor) - tez neytral zarralar bilan qo'shimcha isitish bilan AQShdagi eng yirik tokamak (Prinston universitetida). Yuqori natijaga erishildi: haqiqiy termoyadroviy haroratda Lawson mezoni tutash chegarasidan atigi 5,5 baravar past. 1997 yil yopiq
- NSTX (inglizcha) (National Sferik Torus Experiment) — hozirda Prinston universitetida faoliyat yuritayotgan sharsimon tokamak (sferomak). Reaktordagi birinchi plazma TFTR yopilganidan ikki yil o'tgach, 1999 yilda ishlab chiqarilgan.
