3. . Роль термоядерних реакцій в еволюції Всесвіту.

Термоядерні реакції відіграють вирішальну роль в еволюції хімічного складу речовини у Все­світі. Усі ці реакції супроводжуються виділенням енергії, яка забезпечує випромінювання світла зірками протягом мільярда років.

Основним процесом, у якому відбувається вивільнення термоядерної енергії в зірках, є перетворення Гідрогену на Гелій. За рахунок дефекту маси в цій реакції маса Сонця зменшується щосекунди на 4 млн тонн.

Велику кінетичну енергію, необхідну для термоядерного синтезу, ядра Гідрогену дістають у результаті сильного гравітаційного притягання до центру зірки.

4. Керований термоядерний синтез.

Здійснення керованого термо­ядерного синтезу надало би людству нового, практично невичерпного джерела енергії. Дейтерій міститься у воді морів і океанів, його кількості вистачить на сотні мільйонів років. Тритій можна добути в ядерному ре­ акторі в результаті опромінення нейтронами рідкого літію, запаси якого величезні.

Великі труднощі виникають під час розв'язання проблеми реалізації керованої термоядерної реакції. Необхідно створити, а потім підтримати хоча б протягом сотих часток секунди, дейтерієву плазму з температурою близько 100 млн градусів і концентрацією 10²² частинок у 1 м⁸. Очевидно, що жодна ємність не зможе утримати таку високотемпературну плазму. її стінки розплавляться миттєво, і плазма охолоне. Один із методів утри­мання термоядерної плазми запропонували російські фізики А. Д. Саха­ров і І. Є. Тамм у 1950 році — ізолювати (підвісити) гарячу плазму в силь­ному магнітному полі. На підставі цієї ідеї було створено кілька різних експериментальних установок. Найбільш вдалою виявилася конструкція «Токамак» — від перших букв російських слів «ток»,«камера», «магнит­ные катушки».

Рано чи пізно термоядерні реактори будуть створені. Вчені багатьох країн досягли великих успіхів у створенні керованих термоядерних реак­цій, і існує обґрунтована переконаність, що на початку XXI століття буде створено такий реактор. Це багато в чому розв'яже проблеми енергетики.

Поки що вдалося здійснити лише некеровану реакцію синтезу вибухо­вого типу у водневій (або термоядерній) бомбі.

Здійснення керованих термоядерних реакцій здатне розв'язати енер­гетичну проблему людства. Некеровані термоядерні реакції у водневих бомбах здатні людство знищити.

Приклади розв’язання задач:

1. Визначити початкову активність радіоактивного препарату магнію ₁₂Mg²⁷ масою m=0.2кг, а також його активність а через час t =6 г. Період піврозпаду Т магнію вважати даним 10 годин.

Розв’язання

Активність а препарату характеризує швидкість радіоактивного розпаду і вимірюється числом ядер, що розпадаються в одиницю часу:

,

де dN – число ядер, що розпалися за час dt.

Згідно з основним законом радіоактивного розпаду

,

де - стала радіоактивного розпаду ( ),

,

Тут N₀ - число ядер, що не розпалися, на момент часу, прийнятий за початковий

.

Очевидно, що початкова активність при t =0:

,

тому залежність активності від часу буде визначатися формулою

.

За одиницю вимірювання активності в СІ прийнята I с^-1. На практиці звичайно активність вимірюють в кюрі (I Кі = ), число радіоактивних атомів N₀, що містяться в препараті масою m, дорівнює добутку числа Авогадро N_а на число молей даного ізотопу , де - маса одного моля:

, .

Підставивши числові значення, одержимо початкову активність:

Активність через 6 годин (2,16 *10⁴ с) одержимо за формулою:

.

Підставляючи числові дані, одержимо:

.

2.Обчислити дефект маси і енергію зв'язку ядра ₇N¹⁴ .

Дефект маси ядра - це різниця суми мас нуклонів, що входять до складу ядра, і маси m_я ядра:

,

де Z - атомний номер (число протонів у ядрі);

А - масове число, тобто число протонів і нейтронів в ядрі; m_p, m_n, m_я - відповідно маси протона, нейтрона і ядра. Слід зазначити, що в довідкових таблицях завжди наводяться значення мас нейтральних атомів, тобто сумарне значення маси ядра і маси електронів m_a=m_я+Zm_e , де m_e - маса електрона m_e=0,00055 а.e.м.

Формулу для доцільно перетворити так, щоб в неї входила маса m_a нейтрального атома:

,

де - маса нейтрального атома водню ( ), m_a - маса нейтрального атома, дефект маси якого визначається. Використовуючи табличні значення для ізотопу азоту ₇N¹⁴, знаходимо :

Для визначення енергії зв'язку ядра потрібно скористатися співвідношенням

.

Енергія зв'язку виражається в мегаелектронвольтах. Одній атомній одиниці маси відповідає енергія 931,44 МеВ. Енергія зв'язку для ₇N¹⁴ визначиться із співвідношення

.

3. При зіткненні  - частинки з ядром бора ₅В¹⁰ відбулася ядерна реакція, в результаті якої утворилося два нових ядра. Одним з цих ядер було ядро атома водню ₁Н¹. Визначити порядковий номер і масове число другого ядра, дати символічний запис ядерної реакції і визначити її енергетичний ефект.