Р Е Ф Е Р А Т

По предмету: Концепции современного естествознания.

Тема: Синтез лёгких ядер (дефект массы) и Парадокс моделей вселенной.

Выполнил: студент группы

41-у Рековский В.Р.

Проверил: Гайдамакин А.А.

Омск - 2004

Ядерная энергетика синтеза основана на синтезе легких ядер, протекающего при высоких температурах Т ³ 100 * 10⁶ К, когда реагирующая среда является полностью ионизированным газом – плазмой. Изучаются различные схемы удержания горючей плазмы.

Первые опытные энергетические ректоры синтеза – термоядерные реакторы, - вероятно, будут построены к концу этого века.

В настоящее мировое производство энергии соответствует сжиганию около 10 млрд. т обычного топлива в год. В следующем веке эта величина, вероятно, возрастет в несколько раз. Ядерная энергетика способна обеспечить длительное развитие человечества без ограничений со стороны топливных ресурсов.

Синтез легких ядер

Если W > 0, то распад ядра энергетически запрещен. Но в обратном процессе - слиянии ядер X ₁ и X ₂ - энергия исходной системы должна уменьшится на величину W . Продукты синтеза приобретут кинетическую энергию W .

На правой половине Рис. 5 изображена реакция слияния

2 H + 2 H --> 3 He + n + 3,2 МэВ.

Однако наибольший интерес представляют реакции

2 1 H + 3 1 H --> 4 2 He + n + 17,6 МэВ,

2 1 H + 3 2 He --> 4 2 He + 1 1 H + 18,3 МэВ.

Высвобождающаяся энергия, отнесенная к одному нуклону дейтерия, значительно больше энергетического выхода на один нуклон делящегося изотопа урана-235. Для реализации таких реакций необходимо сблизить ядра на расстояние R ~ 10^-14 м, затратив энергию k ₀ e ² /R ~ 0,15 ¸0,3 МэВ, поэтому реакции остаются энергетически выгодными. Поскольку тритий очень радиоактивен, то реакция с использованием ³ He более безопасна.

Надежды на практическую реализацию управляемого термоядерного синтеза продолжают оставаться "умеренно оптимистическими" на протяжении более 40 лет.

Если бы удалось осуществить управляемые термоядерные реакции в промышленных услових, то это дало бы доступ к практически неисчерпаемым источникам энергии и избавило бы человечество от угрозы энергетического кризиса. С другой стороны, если взорвутся те огромные запасы водородных бомб, которые накоплены (и продолжают накапливаться многими странами, несмотря на окончание т.н. холодной войны ), то человечество и большая часть всего живого на Земле будет уничтожено.

Дефект массы – характеристика атомного ядра, энергия связи.

Задача о нецелочисленности атомного веса изотопов долго волновала учёных, но теория относительности, установив связь между массой и энергией тела (E= mc² ), дала ключ к решению этой задачи, а протон-нейтронная модель атомного ядра оказалась тем замком, к которому этот ключ подошёл. Для решения данной задачи понадобятся некоторые сведения о массах элементарных частиц и атомных ядер (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Масса и атомный вес некоторых частиц

Частица	Символ	Масса, кг	Масса в физической шкале[1]
Электрон	e	(9,1083±0,0003)´10-31	(5,48763±0,00006)´10–4
Протон		(1,67239±0,00004)´10-27	1,007593±0,000003
Нейтрон		(1,67470±0,00004)´10-27	1,008982±0,000003
Альфа-частица		(6,6433±0,0001)´10-27	4,002780±0,000006

(Массы нуклидов и их разности определяют опытным путем с помощью: масс-спектроскопических измерений; измере­ний энергий различных ядерных реакций; измерений энергий β- и α-распадов; микроволновых измерений, дающих отношение масс или их разностей.)

Сравним массу a-частицы, т.е. ядра гелия, с массой двух протонов и двух нейтронов, из которых оно состоит. Для этого из суммы удвоенной массы протона и удвоенной массы нейтрона вычтем массу a-частицы и полученную таким образом величину назовём дефектом массы

D m =2 M_p +2 M_n - M _a =0,03037 а.е.м. (1.1)

Атомная единица массы

m _а.е.м. = (1,6597 ± 0,0004) ´ 10^-27 кг. (1.2)

Пользуясь формулой связи между массой и энергией, делаемой теорией относительности, можно определить величину энергии, которая соответствует этой массе, и выразить её в джоулях или, что более удобно, в мегаэлектронвольтах (1 Мэв=10⁶ эв ). 1 Мэв соответствует энергии, приобретаемой электроном, прошедшим разность потенциалов в миллион вольт.

Энергия, соответствующая одной атомной единице массы, равна

E = m _а.е.м. × с² =1,6597 × 10^-27 × 8,99 × 10¹⁶ =1,49 × 10^-10 дж=931 Мэв. (1.3)

Наличие у атома гелия дефекта массы (D m = 0,03037 а.е.м. ) означает, что при его образовании была излучена энергия (Е= D mс² = 0,03037 × 931=28 Мэв ). Именно эту энергию нужно приложить к ядру атома гелия для того, чтобы разложить его на отдельные частицы. Соответственно на одну частицу приходится энергия, в четыре раза меньшая. Эта энергия характеризует прочность ядра и является важной его характеристикой. Её называют энергией связи, приходящейся на одну частицу или на один нуклон (р ). Для ядра атома гелия р=28/4=7 Мэв , для других ядер она имеет иную величину.

? ????????? ???? ?? ???? ????????? ??????? ??????, ????????? ? ?????? ?????? ? ??????? ????????? ???? ?????????? ???????? ??????? ????? ? ????????? ??????? ????? ??? ???? ????????. ?? ???.1.1 ??? ?????????? ???????????? ? ???? ???????, ?? ??????? ?? ??? ??????? ??????? ??????? ??? ????????, ? ?? ??? ??????? ? ??????? ??????? ????? ??????? ? ????.

Анализ этой кривой интересен и важен, т.к. по ней, и очень наглядно, видно, какие ядерные процессы дают большой выход энергии. По существу ядерная энергетика Солнца и звёзд, атомных электростанций и ядерного оружия является реализацией возможностей, заложенных в тех соотношениях, которые показывает эта кривая. Она имеет несколько характерных участков. Для лёгкого водорода энергия связи равна нулю, т.к. в его ядре всего одна частица. Для гелия энергия связи на одну частицу составляет 7 Мэв. Таким образом, переход от водорода к гелию связан с крупным энергетическим скачком. У изотопов среднего атомного веса: железа, никеля и др. энергия связи частицы в ядре наибольшая (8,6 Мэв) и соответственно ядра этих элементов наиболее прочные. У более тяжёлых элементов энергия связи частицы в ядре меньше и поэтому их ядра относительно менее прочные. К таким ядрам относится и ядро атома урана-235.

Чем больше дефект массы ядра, тем большая энергия излучена при его образовании. Следовательно, ядерное превращение, при котором происходит увеличение дефекта массы, сопровождается добавочным излучением энергии. Рисунок 1.1 показывает, что имеются две области, в которых эти условия выполняются: переход от самых лёгких изотопов к более тяжёлым, например, от водорода к гелию, и переход от самых тяжёлых, например урана, к ядрам атомов среднего веса.

Так же есть часто используемая величина, несущая в себе ту же информацию, что и дефект масс – упаковочный коэффициент (или множитель). Упаковочный коэффициент характеризует стабильность ядра, его график представлен на рисунке 1.2.

???. 1.2. ??????????? ???????????? ???????????? ?? ????????? ?????

Современные космологические модели Вселенной.

Как указывалось в предыдущей главе, в классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти та­кой же, как сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты[2] :

• Вселенная — это всесуществующая, «мир в целом». Кос­мология познает мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.

• Пространство и время Вселенной абсолютны, они не за­висят от материальных объектов и процессов»

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--