Ядерная энергетика: деление ядра урана, реакторы и термоядерный синтез
И расщепление тяжёлых ядер, и слияние лёгких высвобождают огромную энергию из крошечной убыли массы
Главная идея: Нуклоны в ядре связаны друг с другом, и их перестройка в сторону наиболее прочно связанных ядер (вблизи железа на кривой энергии связи) высвобождает энергию. Тяжёлое ядро 235U можно расщепить (деление), а два лёгких ядра, например дейтерий и тритий, можно слить (синтез). В обоих случаях небольшой дефект массы Δm вновь появляется в виде энергии по формуле E = Δm c2. Одно деление урана даёт около 200 МэВ — примерно в десять миллионов раз больше энергии, чем сгорание одного атома углерода.
К концу этой темы вы сможете:
- объяснить, почему и деление тяжёлых ядер, и синтез лёгких ядер высвобождают энергию, пользуясь кривой удельной энергии связи;
- записывать и читать реакцию деления 235U и описывать роль испускаемых нейтронов;
- дать определение цепной реакции, критической массы и коэффициента размножения k;
- описывать части ядерного реактора — топливо, замедлитель, регулирующие стержни, теплоноситель — и назначение каждой;
- назвать условия управляемого термоядерного синтеза и описать токамак;
- вычислять энергию, выделяющуюся при делении и синтезе, из дефекта массы.