Fuziunea nucleară. Reactorul TOKAMAK.

în cea de a opta lecție de fizică

nucleară vom discuta despre reacția

de fuziune nucleară și despre cea

mai importantă aplicație a reactorul

de fuziune Toca Mac să începem

cu fuziunea nucleară reacția de

fuziune nucleară este Contopirea

a două nuclee ușoare cu formarea

unui nucleu mai greu și emisie

de energie un exemplu important

de reacții de fuziune nucleară

vom vedea imediată De ce este fuziunea

dintre doi izotopi ai hidrogenului

și anume deuteriul și tritiul cu

formarea unui nucleu de heliu și

emisie unui neutron hidrogenul

în starea fundamentală în starea

cea mai întâlnită a lui este mijlocul

cu sarcină unu și masă 1 ceea ce

înseamnă că este nucleul este format

din tu singur Proton de o trei

uși tritiul se formează prin adăugarea

unui neutron respectiva doi neutroni

în nucleu acelui Proton iniția

această reacții de fuziune nucleară

eliberează un neutron cu energie

cinetică semnificativ putem vedea

cât este aproximativ această energie

cinetică făcând bilanțul energetic

al acestei reacții de fuziune și

anume calculând diferența dintre

energia finală de repaus și energia

inițială de repaus aceste reacții

și Deci avem masa fierului plus

masa neutronului minus masa de

uterului și minus masa tritiului

orice pătrat înlocuind valorile

maselor acestor nuclee și a neutronului

și reamintind dune relația o unitate

atomică de masă Makita cu viteza

luminii la pătrat este egală cu

900 31 Mega Electro volți putem

calcula diferența de energie în

testarea finală și stare inițială

și obținem această valoare minus

17 Mega electron hoți în primul

rând vedem că această diferență

de energie este negativă Deci starea

finală are o energie de repaus

mai mică decât tare inițial asta

ne spune că acest proces are loc

de la sine odată ce condițiile

necesare sunt îndeplinite vom vorbi

imediat ce înseamnă acest lucru

dar în principiu odată ce de uterul

și tritiu sunt aduse împreună ele

vor fuziona automat formând această

stare finală pentru că ea are energie

mai mică și este favorită din punct

de vedere energetic de asemeni

vedem că magnitudinea energiei

diferențe de energie dintre cele

două stări finalul și inițială

este destul de mare De ce avem

acest 17 m egal cu roboți care este

în eg semnificativă și care se

va regăsi sub formă de energie

cinetică a produșilor filare heliu

și neutronul această energie cinetică

nu se distribuie egal ce se distribuie

proporțional cu masa Sau invers

proporțională cu masa produșilor

asta înseamnă că neutronul va lua

o energie fracție mai mare din

această energie cinetică comparat

cu hack Haideți să vorbim acum

despre câteva caracteristici principale

ale acestei reacții de fuziune

în primul rând în afară de faptul

că are loc de la sine în anumite

condiții și că energia cinetică

produs este mare mai există un

alt Avantaj la și anume că materia

primă adică de uterul și tritiu

în acestui proces e foarte ușor

de obținut de uterul se găsește

în apa de mare de uterul este un

izotop al hidrogenului care se

găsește în natură Bineînțeles nu

la fel de mult ca hidrogenul dar

totuși se găsește suficient de

mult ca să îl putem obține prin

tratarea apei de mare prețul nu

se găsește în natură sau cel puțin

nu suficient de putin dar se poate

produce ușor prin procesul de captură

neutronică pe Liviu de se folosesc

nuclee identice care se bombardează

cu un flux de neutroni și se formează

heliu și tritiu în stare excitată

care apoi să dictez excită prin

demisie de gamă Deci o concluzie

ar fi Că materia primă pentru fuziunea

nucleară este mult mai ușor de

obținut Spre exemplu în comparație

cu materia primă din fisiunea nucleară

și în plus nu avem problema mare

a radiațiilor nucleare tot tot

acest proces are loc fără emisie

de radiații Alfa sau Beta care

după cum am văzut au consecințe

din punct de vedere al Protecției

necesare aplicațiilor de fisiune

nucleară acum să specificăm ce

am vrut să spunem când am spus

că trebuie să fie îndeplinite condițiile

necesare pentru ca Deltei și titlul

și tritiul să fuzioneze aceasta

are de face cu faptul că ele au

sarcină electrică ambele nuclee

sunt pozitiv încărcate și Deci

se vor respinge Deci principala

problema pe care trebuie să o rezolvăm

în a controla acest acest proces

de fuziune nucleară este aceea

Că de uter și fuzionează nuclear

la distanțe mici sau la viteze

mari și aceasta deoarece la distanțe

mari și viteze mici de cinci versuri

aceste situații domină repulsia

electrostatic Deci cum am spus

ele sunt încărcate pozitiv amândouă

o sarcină Plus plus un i unitate

electrică de sarcină și Deci se

vor respinge pentru a putea amorsa

reacția nucleară care va duce la

fuziunea lor trebuie să le aducem

la distanțe mici în care forța

nucleară devine comparabilă cu

fracție devine comparabilă cu forța

electrostatică de repulsie și de

asemeni să le împingem unul într

altul prin viteze relativ mari

modul concret prin care se face

acest lucru este prin creșterea

vitezei termice medii a materialului

Ce conține de uterul și tu deci

pur și simplu încălzim acest material

amestec de uși tip tritiu până

la punctul la care datorită agitației

termice foarte mari o fracție semnificativă

de astfel de nuclee Se apropie

mult unul de altul între și fac

aceasta cu viteză foarte mare în

Momentul acela obținem o fracție

mare de nuclee ce intră în domeniul

distanțelor și vitezelor în care

forța nucleară devine comparabilă

sau chiar mai mare decât forța

electrostatică și Deci atracția

învinge repulsia și atunci are

loc fuziunea problema este că în

practică reiese că viteza termică

medie a necesară întâmplării acestui

fenomen și anume dominării forță

electrostatice de către forța nucleară

corespunde unei temperaturi medii

a amestecului de hotărât ritul

de ordinul milioane Nu sau chiar

zecilor de milioane de grade Kelvin

în concluzie avem de a face cu

o plasmă de deuteriu Deci concluzia

principală este că acest proces

de fuziune nucleară și în general

procesele de fuziune nucleară apar

doar în starea de plasmă adică

de temperatură foarte înalt care

se poate obține bineînțeles dar

există anumite probleme ce trebuie

rezolvate în manipularea unei plasme

odată amorsată fuziunea se auto

întreține Deci la fel ca în adu

în cazul fisiunii nucleare în anumite

condiții care sunt foarte diferite

în cazul fuziunii nucleare dar

totuși în anumite condiții obținem

această proprietate importantă

a acestor reacții nucleare de a

se auto întreține și anume produsele

de reacție dintre generație generează

reacțiile din generația următoare

și formăm lanțuri de fuziuni respectiv

misiuni care constituie un caracter

important în folosirea în practică

a acestor reacții în generarea

de energie Haideți să vedem care

este tehnologia dezvoltată deja

și folosită pentru a forma sau

a construim un reactor de fuziune

nucleară plecând de la aceste Deci

să discutăm despre reactorul de

fuziune Numiți Toca mac tokamak

Toca macul este un rector de fuziune

care folosește o tehnologie concretă

specifică pentru a genera plasmă

de dotări tu și a menține reacția

de fuziune între o stare de echilibru

pentru un timp îndelungat Deci

mai concret reactorul de fuziune

to comic utilizează un câmp magnetic

toroidal foarte intense pentru

a forma În primul rând plasmă de

deuteriu și te uiti la temperaturi

suficient de mare de și vorbeam

de ordinul zecilor de milioane

de Kelvin pentru amorsa și după

aceea foarte important pentru ei

și întreține această fuziune nucleară

dată amorsa pentru a desenat foarte

schematic ideea principală a unui

tokamak Deci avem de a face cu

o incintă toroidală aceasta înseamnă

că incinta are forma unui inel

de cinci nita este interiorul acestui

inel circular și în interiorul

În exteriorul ei în primul rând

avem iarăși ca să Reprezentăm foarte

schematic vom dau un exemplu concret

în curând dar în principiu avem

dacă doriți aceste inele cu străbătute

de curent un curent electric de

frecvență și intensitate foarte

mare și după cum știm un astfel

de câmp electric variabil va genera

un câmp magnetic variabil intins

în cazul acesta în interior Deci

din nou acest acest șir acestei

înfășurări sunt străbătute de un

curent alternativ de mare intensitate

și mare frecvența care va genera

în interior un câmp magnetic foarte

intestin etic va transforma gazul

de dotări și titlu într o plasmă

prima consecință a caracterului

special în care este construită

acest câmp magnetic din interiorul

zonei toroidale este că plasmă

nu atinge incinta Deci plasmă de

dotări și titlul bineînțeles este

încărcat electric de uterul și

titlul Sunt nuclee încărcate pozitiv

care vor interacționa electromagnetic

cu câmpul magnetic produs de aceste

înfășurat ori câmpul acest câmp

magnetic este construit în în în

asemenea cu asemenea geometrie

încât aceste sarcini electrice

vor fi împinse către interior Deci

plasmă în concluzie plasmă de Darius

și tritium se va afla doar în interiorul

zone toroidale Și de ce nu va atinge

pereții incinte acest lucru este

foarte important pentru că dacă

această plasmă pe care o hașurează

eu acuma se dă uter și tritiu la

temperatura de zeci de milioane

de Kelvin ar atinge suprafață aceasta

se topi instantaneu nu există material

care să reziste la temperaturi

așa de noapte Deci prima aplicație

importantă a configurații specifice

a Câmpului magnetic generat este

că va forța plus ma să stea constriction

ată sau constrânsă în pe axul jur

axului toroidal e fără a se stinge

incinta nucleele încărcate de de

uși tritiu din plasmă formează

curenți electrici intense Deci

avem sarcini electrice în câmp

magnetic și atunci ele se vor deplasa

deci nucleele de de uși tritiu

nu se află între mișcare termică

dezordonată intensă și se află

în mișcare foarte ordonată și rapidă

de circulație tot datorită formei

acestui câmp magnetic din toroid

Deci formăm curenți electrici În

teniși de nuclee încărcate pozitiv

acest fapt va duce la încălzirea

suplimentară într o treaptă suplimentară

a plasmei inițiale prin efectul

Joule după cum știm unul din efectele

curentului electric a deplasării

sarcinilor electrice este emisia

de energie termică prin efect Joule

și Deci într o etapă ulterioară

a are loc o creștere a temperaturii

plasmei prin efect Joule Daria

încă nu este suficient de înaltă

pentru a se amorsa reacția de fuziune

nucleară creșterea suplimentară

și semnificativă a temperaturii

plasmei astfel încât să ajungem

la temperaturile dorite de ordinul

10 la opta Kelvin Deci zeci de

milioane de Kelvin are loc prin

așa numitul efect distracție care

duce la creșterea exponențială

Deci foarte puternică atâta temperaturii

cât și a densității plus efectul

de stricăciune la ideea lui de

bază este foarte simplu și anume

avem după cum am spus curenți de

nuclee încărcate pozitiv dar acești

curent sunt paralele Deci avem

curenți paraleli de sarcini pozitive

în interiorul plasmei dar după

cum știm între doi curent paralele

în care avem același sens a curentului

electric Deci dacă avem doi conductori

Spre exemplu în care curenți electrici

1 și 2 au același sens apare o

forță de atracție electromagnetică

între cei doi conductori Deci acesta

este fenomenul de bază ce se întâmplă

în plasmă curenții de dotări uși

tritiu se atrag între ei pentru

că au același sens și atunci plasmă

în sine se sau jetul de plasmă

aflat în circulație în pe axa toroid

ului se va constrânge puternic

se va strânge puternic în jurul

axei formând un fir de plasmă ceea

ce duce la creșterea densității

și a temperaturii suficient de

mare încât să ajungem la astfel

de temperaturi și la acest punct

se amorsează reacția de fuziuni

Deci în în momentul în care fac

tul district iune și atingem intensitatea

maximă are loc fuziunea deuteriului

și tritiului în heliu doi patru

și neutroni 01 Deci în felul acesta

ca idee principală bineînțeles

în practică apar tot felul de complicații

tot felul de calcule se dezvoltă

teorii matematice foarte precise

ale câmpurilor electromagnetice

din întreg dispozitivul dar ideea

Ideea principală este aceasta și

în fine cum se folosește această

reacții de fuziune în principal

folosind energia cinetică cărată

de către neutron neutron II părăsesc

câmpul electromagnetic deoarece

au sarcina 0 Deci odată ce avut

loc o fuziune între anumit punct

din plasmă de uterul tritium se

va genera un neutron neutronul

nu este încărcat electric este

în concluzie el nu simte nimic

din toate interacție electromagnetice

complicate din Trento comic și

deci pur și simplu va fi eject

tot datorită forței forței centrifuge

El are o viteză mare pe o traiectorie

curbilinie și Deci va simți o forță

centrifugală mare și va ieși din

dispozitiv cărând energia cinetică

pe care a primit o din reacția

de fuziune această energie cinetică

cărată de către neutroni afară

din dispozitiv transformată în

energie termică mai exact în jurul

dispozitivului electromagnetic

se află un dispozitiv Ce conține

elemente de moderare de nucleu

soare apă apă grea sau alte substanțe

formate din din nucleul Soare și

acestea preiau energia termică

a neutronilor Care este apoi transformată

în energie electrică prințesă reacție

se formează și heliu Care este

încărcat electric de ceva continua

să circule în câmpul electromagnetic

dar este mai greu de o teroare

masa 4 scuzați heliu are masă 4

care este mai mare decât de otel

știu Deci treptat datorită forței

centrifugale mai mare va părăsi

zona plasme acesta este felul în

care se încearcă și se obține reacția

de iunie Folosind un instrument

de tip tokamak problemă este că

la ora actuală deși multe Toca

macul sunt în funcțiune și avem

multe reactoare de fuziune nucleară

ele nu sunt încă viabile Economic

adică încă de exemplu folosit mai

multă energie decât produce sau

o facem în în varii tehnologii

care nu sunt viabile Economic deocamdată

motiv pentru care sa format o mare

colaborare experimentală care se

numește eter și are loc la ora

actuală în Franța acest experiment

iter care își propune construirea

primului reactor de fuziune de

tip tokamak care să ieși viabil