Классификация термоядерных реакций. Определение проблем при создании установок для получения термоядерного синтеза. Процесс термоядерного синтеза в тепловом урановом реакторе. Конструкции реакторов и радиационная безопасность природного окружения.
Аннотация к работе
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образованияЧеловечество идет по пути все более интенсивной смены источников энергии. А уже с начала ХХ века потребление электроэнергии на земном шаре выросло в 11 раз, при этом население Земли увеличилось в 4 раза. Ежегодно для получения энергии и обеспечения производства сжигается ископаемое топливо в количестве более 10 млрд. тонн угольного эквивалента (или условного топлива ). Скопление парниковых газов в атмосфере приводит к изменению климата на планете и повышению среднегодовой температуры, и, как следствие, к масштабным стихийным бедствиям. Ограниченность ископаемых ресурсов в совокупности с прогнозируемым ростом мирового энергопотребления приведет к существенным структурным, технологическим и иным изменениям в топливно-энергетической отрасли, а следом и во всей мировой экономике в период до 2030 года.Термоядерные реакции - экзотермические реакции синтеза легких ядер, эффективно протекающие при сверхвысоких температурах (порядка 107 - 109 К), самопродолжающиеся за счет значительного выделения в них энергии. Высокие температуры в них необходимы для того, чтобы кинетическая энергия теплового движения ядер оказалась достаточной для преодоления кулоновского потенциального барьера ядер, сближения на расстояние порядка действия ядерных сил и последующего возбуждения реакции синтеза, сопровождающегося выделением энергии в виде избыточной кинетической энергии продуктов реакции. Вплоть до ядер с массовым числом около 60 удельная энергия связи нуклонов растет с увеличением Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизится на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10-15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Энергия, которая выделяется при термоядерных реакциях, в расчете на один нуклон в несколько раз превышает удельную энергию, выделяющуюся в цепных реакциях деления ядер.Взрыв водородной бомбы - неуправляемый термоядерный синтез, что делает его непригодным для энергетических целей. Для этого достаточно опустить в канал любого реактора, работающего на реакции деления урана тепловыми нейтронами, ампулу с дейтеридом лития.Управляемый термоядерный синтез (УТС) - синтез более тяжелых атомных ядер из более легких с целью получения энергии, который, в отличие от взрывного термоядерного синтеза (используемого в термоядерном оружии), носит управляемый характер. Управляемый термоядерный синтез отличается от традиционной ядерной энергетики тем, что в последней используется реакция распада, в ходе которой из тяжелых ядер получаются более легкие ядра. В основных ядерных реакциях, которые планируется использовать в целях осуществления управляемого термоядерного синтеза, будут применяться дейтерий(2H) и тритий (3H), а в более отдаленной перспективе гелий-3 (3He) и бор-11 (11B).Управляемый термоядерный синтез возможен при одновременном выполнении двух критериев: 1.Скорость соударения ядер соответствует температуре плазмы: 2.Соблюдение критерия Лоусона: (для реакции D-T) где - плотность высокотемпературной плазмы, - время удержания плазмы в системе.Существуют две принципиальные схемы осуществления управляемого термоядерного синтеза, разработки которых продолжаются в настоящее время (2017): 1. Квазистационарные системы {\displaystyle \tau \geq 1c,n\geq 10^{14}cm^{-3}}, в которых нагрев и удержание плазмы осуществляется магнитным полем при относительно низком давлении и высокой температуре. Для этого применяются реакторы в виде токамаков, стеллараторов (торсатронов) и зеркальных ловушек, которые отличаются конфигурацией магнитного поля. В таких системах управляемый термоядерный синтез осуществляется путем кратковременного нагрева небольших мишеней, содержащих дейтерий и тритий, сверхмощными лазерными лучами или пучками высокоэнергичных частиц (ионов, электронов).Энергия, которая может выделиться в результате какой-либо аварии, тоже мала и не может привести к разрушению реактора. При этом в конструкции реактора есть несколько естественных барьеров, препятствующих распространению радиоактивных веществ. Например, вакуумная камера и оболочка криостата должны быть герметичными, иначе реактор просто не сможет работать. Тем не менее, при проектировании ITER большое внимание уделялось радиационной безопасности как при нормальной эксплуатации, так и во время возможных аварий. термоядерный синтез тепловой реактор Для того, чтобы предотвратить распространение трития и пыли, если они выйдут за пределы вакуумной камеры и криостата, необходима специальная система вентиляции, которая должна поддерживать в здании реактора пониженное давление.Правда, применение сильных магнитных полей специальной конфигурации подавляет потоки частиц, покидающих зону реакции, и позволяет получить в ряде случаев достаточно устойчивые плазменные образования.
План
Содержание
Введение
1. Термоядерные реакции
2. Термоядерный синтез в тепловом урановом реакторе