Завантажити презентацію на тему термоядерних реакцій. Термоядерна реакція

Cлайд 1

Cлайд 2

Cлайд 3

Cлайд 4

Cлайд 5

Cлайд 6

Cлайд 7

Опис презентації з окремих слайдів:

1 слайд

Опис слайду:

2 слайд

Опис слайду:

Термоядерна реакція - реакція злиття легких ядер за дуже високої температури, що супроводжується виділенням енергії Енергетично дуже вигідна!

3 слайд

Опис слайду:

Синтез 4 г гелію Згоряння 2 вагонів кам'яного вугілля Порівняння термоядерної енергії, що виділяється при реакції горіння

4 слайд

Опис слайду:

Умови протікання термоядерної реакції Щоб відбулася реакція синтезу, вихідні ядра повинні потрапити у сферу дії ядерних сил (зблизитися на відстань 10-14 м), подолавши силу електростатичного відштовхування. Це можливо при великій кінетичній енергії ядер. Для цього речовина повинна мати температуру 107 К. Тому реакція названа термоядерною (від лат. therme-тепло).

5 слайд

Опис слайду:

Некеровані термоядерні реакції На Сонці вже мільярди років відбувається некерований термоядерний синтез. За однією з гіпотез у надрах Сонця відбувається злиття 4 ядер водню в ядро ​​гелію. При цьому виділяється колосальна кількість енергії. 2. Воднева бомба. Фотографія вибуху першої французької термоядерної бомби Канопус, яка була випробувана 24 серпня 1968 року у Французькій Полінезії.

6 слайд

Опис слайду:

Найпотужнішою з випробуваних бомб була воднева бомба потужністю 57 мегатонн (57 мільйонів тонн тротилового еквівалента), створена СРСР. Серед розробників були Сахаров, Харитонов та Адамський. Вранці 30 жовтня 1961 року об 11:32 бомба, скинута з висоти 10 км, досягла висоти 4000 метрів над Новою Землею (СРСР) та була приведена в дію. Місце вибуху нагадувало пекло – землю встеляв товстий шар попелу від згорілих скель. У радіусі 50 кілометрів від епіцентру все горіло, хоча перед вибухом тут лежав сніг заввишки в людський зріст, за 400 кілометрів у занедбаному селищі були зруйновані дерев'яні будинки.

7 слайд

Опис слайду:

Механізм дії водневої бомби Послідовність процесів, що відбуваються під час вибуху водневої бомби, можна наступним чином. Спочатку вибухає заряд-ініціатор термоядерної реакції (невелика атомна бомба), що знаходиться всередині оболонки, в результаті чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температура, необхідна для ініціації термоядерного синтезу. Нейтрони бомбардують вкладиш із з'єднання дейтерію з літієм-6. Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій та тритій. Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи до синтезу все більшу кількість водню.

Опис слайду:

Основні напрями досліджень УТС Основна проблема – утримати газ при температурі 107 К (плазму) у замкнутому просторі. На даний момент досить інтенсивно фінансуються дві важливі схеми здійснення керованого термоядерного синтезу. 1. Квазистаціонарні системи, в яких утримання плазми здійснюється магнітним полем при відносно низькому тиску та високій температурі. 2. Імпульсні системи. У таких системах УТС здійснюється шляхом короткочасного нагрівання невеликих мішеней, що містять дейтерій та тритій, надпотужними лазерними або іонними імпульсами. Таке опромінення викликає послідовність термоядерних мікровибухів.

«Фізика атома» - Атом мирний та військовий. Чому мирний атом став загрозою суспільству? Що дає цей проект? Що спричинило створення ядерної зброї? Етапи та терміни проведення проекту. Учасники – учні 11 класу. Самостійні дослідження. Як ядерна енергія використовується у медицині, технічних пристроях, машинах?

"Біологічна дія радіоактивних випромінювань" - Моу сош №4. Зміни клітин. Явище радіоактивності було відкрито досвідченим шляхом французьким ученим Анрі Беккерелем у 1896 р. для солей урану. Збуджені атоми та іони мають сильну хімічну активність, тому в клітинах організму з'являються нові хімічні сполуки, чужі здоровому організму.

"Вплив радіації на людину" - Наслідки. Що турбує після спілкування телефоном. Запитання проекту. Рівні магнітного поля промислової частоти побутових електроприладів з відривом 0,3 м. Проблемні питання: Як визначити небезпеку від побутових приладів? Вплив стільникового зв'язку на серцево-судинну систему. Стільниковий телефон діє на всю серцево-судинну систему загалом.

"Урок Радіоактивність" - Знаючи T, можна знайти К. Так як. Модель ядра. Сили, що пов'язують нуклони у ядрі, називаються ядерними. Отже, Наприклад, для радію Т=1550 років. Вивчити нові фізичні процеси та явища, використовуючи диференціальні рівняння. Штучна радіоактивність-радіоактивність ізотопів, отриманих штучно при ядерних реакціях.

«Ядерні реакції» - Розподіл важких ядер. Перша ядерна реакція була здійснена Е. Резерфордом, в 1919 р. ядерні реакції супроводжуються енергетичними перетвореннями. Виконала Єршова Катерина 11 "А". Застосування та біологічна роль». Ядерні реакції. Радіоактивні випромінювання згубно діють на живі клітини.

Урок фізики 11 клас. Вчитель Крайцер Г.І.

Атомна фізика. Урок №63

Тема урока: Термоядерні реакції

Тип уроку: комбінований

Мета уроку: знайомство з термоядерними реакціями

Завдання:

Познайомитися з термоядерними реакціями,

Розвивати навички самостійної роботи, розв'язання розрахункових завдань.

Виховувати позитивне ставлення до навчання.

Ресурси уроку

Інтерактивна дошка;

Презентація до уроку;

Листи діяльності;

Картки-завдання;

Таблиця Д.І. Менделєєва

Таблиця відносних атомних мас деяких ізотопів

Підручник з фізики 11 клас

План уроку

Вступно-мотиваційний етап

Актуалізація знань

Вивчення нової теми

Робота з підручником

Заповнення аркушів діяльності

Закріплення

Розв'язання задачі Ж.Верна

Завдання на розрахунок маси термоядерного палива

Виконання завдань різного рівня

Підсумок уроку

Тестовий контроль

Видача домашнього завдання

Рефлексія

Хід уроку

Вступно-мотиваційний етап

Герой Ж.Верна Сайрес Сміт пророкував «Коли кам'яновугільні поклади вичерпаються, людина перетворить на паливо воду, люди обігріватимуться водою. Вода – це вугілля прийдешніх століть» /слайд 1/

Сьогодні на уроці ми маємо відповісти на запитання: Утопія це передбачення або в ньому є зерно істини.

Актуалізація знань

На попередньому уроці ми говорили про ядерні реакції

Що називають ядерною реакцією?

Які закони збереження виконуються під час ядерної реакції?

Як здійснюється ядерна реакція?

Яким є значення ядерних реакцій для людини? /слайд2/

Внутрішню енергію ядра можна отримати

При розподілі важких ядер. У реакціях синтезу легких ядер./слайд3/

Тема нашого уроку "Термоядерні реакції" /слайд4/

Вивчення нового матеріалу

Робота із текстом підручника. Відкрийте сторінку, прочитайте текст, виділяючи головне;

Заповніть аркуші діяльності;

Обговорення нового матеріалу

а) Що називають термоядерною реакцією?

б) Які легкі ядра нам відомі?

в) Які запаси водню на планеті?

г) У чому проблеми здійснення ядерного синтезу?

д) Де протікають термоядерні реакції у Всесвіті?

е) Чи створені керовані термоядерні реактори?

Зі сказаного можна зробити висновок, що Сайрес Сміт правий. Вода справді може бути паливом. А як багато енергії виділяється при ядерному синтезі?

Закріплення

1 1 Н + 1 1 Н 4 2 Не + ∆Е /слайд5/

Скільки дейтерію потрібно спалювати в термоядерному реакторі щорічно, щоб задовольнити сучасну потребу енергії, якщо вона становить 3*10 20 Дж? /слайд6/

До нашої школи завезли на зиму 200т вугілля. Скільки потрібно дейтерію, щоб задовольнити потреби школи в енергії на зимовий період?

Самостійне виконання завдань різного рівня (у кожного учня картка-завдання)

Підсумок уроку

Виконання тестового завдання /слайд7/

Термоядерна реакція - …

Термоядерні реакції протікають

А) із виділенням енергії

В) з поглинання енергії

С) з поглинання енергії та виділення енергії

При реакції ядерного синтезу маса спокою ядра, що утворився в результаті реакції, маси спокою вихідних ядер.

а) більше

в) менше

С) дорівнює

Плазма – це …

Синтез ядер легких елементів здійснюється за температури ______.

А) 100 К

В) 10 7 - 10 9 К

З) 0 До

Домашнє завдання

розв'язання задач розглянути

скласти тест із 5 питань з трьома варіантами відповідей

Рефлексія

Термоядерні реакції

Рівень А

Допиши рівняння ядерних реакцій

Рівень В

Визначте енергетичний вихід ядерної реакції

1. 7 3 Li + 2 1 H 8 4 Be + 1 0 n

2. 2 1 H + 3 1 H 4 2 H + 1 0 n

Рівень С

1. Яку частоту має випромінюваний при термоядерній реакції γ - кант 2 1 Н + 2 1 Н 4 2 Не + γ , якщо α-частки мають енергію 19,7 МеВ?

Аркуш діяльності

Знати:визначення термоядерної реакції, що таке термоядерний синтез

Вміти:визначати продукти ядерних реакцій на основі законів збереження

електричного заряду та масового числа,

обчислювати енергію виходу ядерних реакцій

Термоядерна реакція –

Сума маса спокою ядер легких елементів_______ маси спокою ядра, утвореного за її об'єднанні.

Т рудності здійснення ядерного синтезу

Умови протікання термоядерної реакції Щоб відбулася реакція синтезу, вихідні ядра повинні потрапити у сферу дії ядерних сил (зблизитися на відстань м), подолавши силу електростатичного відштовхування. Це можливо при великій кінетичній енергії ядер. Для цього речовина повинна мати температуру 10 7 К. Тому реакція названа термоядерною (від лат. therme-тепло).

Некеровані термоядерні реакції 1.На Сонце вже мільярди років відбувається некерований термоядерний синтез. За однією з гіпотез у надрах Сонця відбувається злиття 4 ядер водню в ядро ​​гелію. При цьому виділяється колосальна кількість енергії. 2. Воднева бомба. Фотографія вибуху першої французької термоядерної бомби Канопус, яка була випробувана 24 серпня 1968 року у Французькій Полінезії.

Найпотужнішою з випробуваних бомб була воднева бомба потужністю 57 мегатонн (57 мільйонів тонн тротилового еквівалента), створена СРСР. Серед розробників були Сахаров, Харитонов та Адамський. Вранці 30 жовтня 1961 року об 11:32 бомба, скинута з висоти 10 км, досягла висоти 4000 метрів над Новою Землею (СРСР) та була приведена в дію. Місце вибуху нагадувало пекло – землю встеляв товстий шар попелу від згорілих скель. У радіусі 50 кілометрів від епіцентру все горіло, хоча перед вибухом тут лежав сніг заввишки в людський зріст, за 400 кілометрів у занедбаному селищі були зруйновані дерев'яні будинки.

Механізм дії водневої бомби Послідовність процесів, що відбуваються під час вибуху водневої бомби, можна наступним чином. Спочатку вибухає заряд, що знаходиться всередині оболонки, - ініціатор термоядерної реакції (невелика атомна бомба), внаслідок чого виникає нейтронний спалах і створюється висока температура, необхідна для ініціації термоядерного синтезу. Нейтрони бомбардують вкладиш із з'єднання дейтерію з літієм-6. Літій-6 під дією нейтронів розщеплюється на гелій та тритій. Потім починається термоядерна реакція в суміші дейтерію з тритієм, температура всередині бомби стрімко наростає, залучаючи до синтезу все більшу кількість водню.

Переваги керованої термоядерної реакції Ідея створення термоядерного реактора зародилася у 1950-х роках. В даний час (2010) керований термоядерний синтез ще не здійснено. Термоядерна енергетика, в якій використовується абсолютно нерадіоактивний дейтерій та радіоактивний тритій, але в обсягах у тисячі разів менших, ніж в атомній енергетиці, буде більш екологічно чистою. А у можливих аварійних ситуаціях радіоактивне тло поблизу термоядерної електростанції не перевищить природних показників. При цьому на одиницю ваги термоядерного палива виходить приблизно в 10 млн разів більше енергії, ніж при згорянні органічного палива, і приблизно в 100 разів більше, ніж при розщепленні ядер урану. Джерело це практично невичерпне, він заснований на зіткненні ядер водню, а водень - найпоширеніша речовина у Всесвіті. Цією проблемою займалися у CCCР І.В. Курчатов, А.Д. Сахаров, І.Є. Тамм, Л.А.Арцимович, Є.П. Веліхів

Основні напрями досліджень УТС Основна проблема – утримати газ при температурі 10 7 К (плазму) у замкнутому просторі. На даний момент досить інтенсивно фінансуються дві важливі схеми здійснення керованого термоядерного синтезу. 1. Квазистаціонарні системи, в яких утримання плазми здійснюється магнітним полем при відносно низькому тиску та високій температурі. 2. Імпульсні системи. У таких системах УТС здійснюється шляхом короткочасного нагрівання невеликих мішеней, що містять дейтерій та тритій, надпотужними лазерними або іонними імпульсами. Таке опромінення викликає послідовність термоядерних мікровибухів.

Токамак тороїдальна вакуумна камера для магнітного утримання плазми. Плазма утримується магнітним полем, всередині якого плазмовий "шнур" висить, не торкаючись стін камери - "бублик". Вперше розроблено в Інституті атомної енергії ім. Курчатова на дослідження проблеми керованого термоядерного синтезу. На камеру намотані котушки для створення магнітного поля. З вакуумної камери спочатку відкачують повітря, а потім заповнюють її сумішшю дейтерію та тритію. Потім, за допомогою індуктора, камері створюють вихрове електричне поле. Індуктор є первинною обмоткою великого трансформатора, в якому камера ТОКАМАКа є вторинною обмоткою. Вихрове електричне поле викликає протікання струму у плазмі та її нагрівання.

Проблеми керованого термоядерного синтезу в ТОКАМАКУ Збільшення тиску в плазмі викликає в ній процеси, що негативно позначаються на стійкості цього стану речовини. У ній виникають обурення типу "шийки", "змійки", що веде до викидання плазми на стінки камери. Вони руйнуються і плазма остигає. Магнітне поле повинне перешкоджати руху плазми впоперек силових ліній. Поки ТОКАМАК, магнітне поле якого створюється за допомогою надпровідних електромагнітів, вимагає утримання джгута плазми більше енергії, ніж виділяється внаслідок злиття ядер. Поки що вдається отримати щільність плазми частинок на см 3 на час 1 с, що не дозволяє поки запустити термоядерну реакцію, що самопідтримується. Твір щільності плазми на час утримання має бути в 20 разів більшим, ніж досягнуто зараз. Для промислового використання реакції термоядерного синтезу повинні йти безперервно протягом тривалого часу. Щоб досягти протікання реакції у необхідному масштабі, необхідно підняти тиск у плазмі.

У таких системах УТС здійснюється шляхом короткочасного стиснення та надшвидкого нагріву невеликих мішеней, що містять дейтерій та тритій, надпотужними багатоканальними лазерами або іонними імпульсами. Таке опромінення викликає у центрі мішені термоядерну реакцію. Мета для УТС складається з порожнистої оболонки (1), шару твердої замороженої ДП суміші (2) та ДП газу низької щільності в центрі мішені (3). Головна ідея – здійснення такого режиму стиснення мішені, коли до температури запалення доводиться лише її центральна частина, а основна маса палива залишається холодною. Потім хвиля горіння поширюється до поверхневих шарів палива.

Ліверморська національна лабораторія в Каліфорнії – найпотужніший у світі лазерний комплекс. 192 потужні лазери, які одночасно направлятимуться на міліметрову сферичну мету (близько 150 мікрограмів суміші дейтерію та тритію). Температура мішені досягне в результаті 100 млн. градусів, при цьому тиск усередині кульки у 100 млрд. разів перевищить тиск земної атмосфери. Тобто умови в центрі мішені будуть порівняти з умовами всередині Сонця. Імпульсна термоядерна установка подібна до двигуна внутрішнього згоряння, в якому відбуваються вибухи пального, що періодично подається в робочу камеру. Труднощі УТС полягають у проблемі миттєво та рівномірно нагріти суміш. Розрахунки показують, що якщо досягти щільності в 1000 разів вище за щільність твердого водню, то одного мільйона джоулів буде достатньо для підпалу термоядерної реакції. Але поки що в експериментальних установках щільність зростає лише у 3040 разів. Основна перешкода - недостатня рівномірність освітлення мішені.

Термоядерний реактор споживатиме дуже невелику кількість літію та дейтерію. Наприклад, реактор з електричною потужністю 1 ГВт спалюватиме близько 100 кг дейтерію та 300 кг літію на рік. Якщо припустити, що це термоядерні електростанції вироблятимуть 5 ·10 20 Дж на рік, тобто. половину майбутніх потреб електроенергії, то загальне річне споживання дейтерію та літію становитимуть лише 1500 і 4500 тонн. При такому споживанні дейтерію, що міститься у воді (0,015%), вистачить на те, щоб постачати людство енергією протягом багатьох мільйонів років. Термоядерний синтез-надія сучасної енергетики

Міжнародний експериментальний термоядерний реактор ІТЕР П роблема керованого термоядерного синтезу настільки складна, що самостійно з нею не впорається жодна країна. Тому світова спільнота обрала найоптимальніший шлях – створення проекту міжнародного термоядерного експериментального реактора – ІТЕР, у якому на сьогодні беруть участь, окрім Росії, США, Євросоюз, Японія, Китай та Південна Корея. Термоядерний реактор буде збудовано в Кадараші (Франція) і введено в експлуатацію приблизно у 2016 році. Саме ТОКАМАК має стати основою першого у світі експериментального термоядерного реактора.

Паливо з Місяця (гелій-3) Ця реакція потребує більш високих температур, але є екологічно чистою, оскільки виділяються не всепроникні нейтрони, як в інших ядерних реакціях, а заряджені протони, які нескладно вловити без ризику, що конструкційні матеріали стануть радіоактивними. Термін служби реактора значно зростає, конструкція полегшується, надійність зростає. Так як протони несуть електричний заряд, виникає можливість прямого перетворення термоядерної енергії на електричну, минаючи втрати на теплове перетворення. На Землі гелію-3 лише 4 тисячі тонн. Для забезпечення Росії потрібно приблизно 20 тонн гелію-3 на рік, для сучасної світової економіки потрібно близько 200 т гелію-3 на рік. Його запаси в ґрунті Місяця складає близько 1 млн. т. Видобуток гелію-3 цілком під силу космічним відомствам вже зараз.