Проблемы, не дающие возможности осуществить проект термоядерной электростанции

Название дисциплины: «Физика»
Номер группы: ТОР 19-1
Форма и дата занятия: Урок лекция 16.06.2020 г.
ФИО преподавателя: Раимгулова Зулейха Фазыловна raimgulova1961@mail.ru
Срок выполнения (сдачи) задания: 16.06.2020г.

Дата консультации: 16.06.2020

Задание. 1. Изучить теорию по предложенному материалу и по ссылке и выполнить оформить опорный конспект в тетради

Тема: Проблемы термоядерной энергетики

Управляемая термоядерная реакция - заманчивая перспектива для физиков, заветная мечта энергетиков. Овладеть ею - значит одарить человечество неиссякаемым источником энергии. Успешное решение проблемы позволит превращать энергию водорода в практически неограниченное количество электричества и тепла, не загрязняя атмосферу. Работы по термоядерному синтезу впервые в мире начались в СССР в 1950 г. под руководством И. В. Курчатова. За четверть века была фактически создана новая область физики - физика высокотемпературной плазмы.

Если в обычной атомной энергетике применяют реакции деления ядер, при которых ядро делится на части нейтронами с освобождением огромной энергии и образованием новых нейтронов, поддерживающих реакции, то в термоядерной энергетике будет использоваться противоположный процесс - слияние легких ядер вместе с образованием более тяжелых. В качестве топлива здесь выступают ядра изотопов водорода, в первую очередь дейтерия.

Термоядерная энергия - основа энергетики будущего, главное направление развития атомной техники на современном этапе. В термоядерных реакциях происходит выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Быстро протекающие термоядерные реакции осуществлены в нашей стране, в США и в Англии в водородных бомбах. Сейчас перед наукой и техникой стоит задача осуществления термоядерной реакции не в виде взрыва, а в форме управляемого, спокойно протекающего процесса. Решение этой задачи даст возможность использовать громадные запасы водорода на Земле в качестве ядерного топлива".

Источником энергии термоядерного синтеза, как и энергии деления ядер, служит внутриядерная энергия. Она выделяется в свободном виде в тех ядерных процессах, которые сопровождаются убылью общей массы участвующих в реакции ядер. Количественной основой этого процесса служит закон эквивалентности энергии и массы: Е=mс2. По изменению массы покоя реагирующих ядер он позволяет определить количество выделенной энергии синтеза.

После первоначального разогрева плазма поддерживает и развивает реакцию уже как бы изнутри, за счет энергии, выделяющейся в результате синтеза ядер. В дальнейшем процесс идет самопроизвольно, автоматически, без притока энергии со стороны, подобно тому, как это происходит на Солнце и в звездах.

Наука еще не познала многого в природе явлений, происходящих на Солнце, но нет сомнений в том, что основной причиной выделения энергии Солнцем служат непрерывно протекающие на нем термоядерные процессы. Солнце можно уподобить гигантской термоядерной энергетической установке, безотказно действующей миллиарды лет.

Считается, что в звездах происходит термоядерный синтез двух циклов: углеродно-азотного (цикла Бете) и водородного (протонно-протонного) цикла. Источник энергии, который питает излучение звезд, есть и на Земле. Это внутриядерная энергия. Нужно только научиться ее извлекать. Ученые считают, что эта задача не легче той, которую пришлось решать человеку каменного века, когда перед ним встала проблема получения огня из куска дерева, т. е., говоря современным языком, извлечения из него химической энергии.

К вопросу о том, как нагреть и удержать плазму - сырье термоядерного реактора, - сводится вся задача ближайшего этапа термоядерных исследований. Если тяжелые ядра находятся на грани самопроизвольного деления, то легкие оказывают сильное сопротивление слиянию. Причина в том, что контакт между ними трудно осуществим: ядра имеют положительный заряд, вследствие чего они отталкиваются друг от друга. Поэтому главная задача на пути осуществления термоядерной реакции состоит в том, чтобы преодолеть это сопротивление (кулоновский барьер), с большой скоростью сталкивая ядра между собой.

Никогда нельзя точно предсказать, как будет развиваться та или иная отрасль науки. Можно надеяться, что в недалеком будущем люди найдут до сих пор неизвестные способы управления термоядерным синтезом.

2.Проблемы, не дающие возможности осуществить проект термоядерной электростанции

Проблема управляемого термоядерного синтеза - одна из важнейших задач, стоящих перед человечеством.

Человеческая цивилизация не может существовать, а тем более развиваться без энергии. Все хорошо понимают, что освоенные источники энергии, к сожалению, могут скоро истощиться. По данным Мирового энергетического совета, разведанных запасов углеводородного топлива на Земле осталось на 50-80 лет.

Сегодня основными источниками энергии служат нефть, газ и уголь. По оценкам специалистов, запасы этих ископаемых на исходе. Почти не осталось разведанных, годных к освоению месторождений нефти и уже наши внуки могут столкнуться с очень серьезной проблемой нехватки энергии. Наиболее обеспеченные топливом атомные электростанции могли бы, конечно, еще не одну сотню лет снабжать человечество электроэнергией. Однако эксплуатация атомных электростанций, работающих за счет деления ядер урана, приводит к серьезным экологическим проблемам, огромное количество радиоактивных отходов - "долгожителей", остающихся после их работы, и опасность последствий в случае аварии изрядно ограничивают возможность всеобщего перехода на атомную энергетику.

Единственный долгосрочный источник энергии - это ядерная энергия, которая выделяется в процессе деления или синтеза.

Процесс термоядерного синтеза в значительной степени свободен от недостатков, присущих процессу деления. В реакции синтеза не образуется долгоживущих радиоактивных изотопов, топливом для нее служат тяжелые изотопы водорода - дейтерий и тритий. В литре обычной воды содержится примерно 0,03 г дейтерия, но в процессе его реакции выделяется столько же энергии, сколько при сгорании 300 литров бензина! Запасов дейтерия на Земле хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией около миллиарда лет. Немаловажно, что производство термоядерного топлива уже сегодня очень недорого: в нынешних условиях цена составила бы 1-2 копейки за киловатт электроэнергии и будет снижаться в дальнейшем.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод: кто получит управляемую реакцию синтеза, тот практически полностью обеспечит себя энергией. И можно смело утверждать, что решение этой проблемы окупит все затраты. Поэтому поиски альтернативных источников энергии идут особенно интенсивно.

Продолжающиеся уже 50 лет исследования в области управляемого термоядерного синтеза, судя по всему, перешли в стадию технически реализуемых изделий. Если верить мировым научным авторитетам, в ближайшие 50 лет на Земле должны появиться первые термоядерные электростанции, которые решат проблему безопасного и практически неисчерпаемого источника энергии.

Сообщество физика https://vk.com/public194235375