книги из ГПНТБ / Плазма и управляемые термоядерные реакции библиография
..pdf• н о в о е
В Н 1 У К Е и ТЕХНИКЕ
Плазма и управляемые термоядерные реакции
Рекомендательный
обзор
литературы
016:5 У 77
Успенская Г. В.
м
вж
Плазма и управляемые термоядерные реакции. Рек. обзор литературы. М., «Книга», 1970.
16 с. (Гос. б-ка СССР им. В. И. Ленина. Новое в науке и технике).
Аннотированный позор литературы содержит книги и статьи, рас сказывающие о физических процессах, происходящих в плазме, о том, как она может быть использована в различных отраслях науки и тех ники. Особое внимание уделено проблеме овладения управляемой термо
ядерной реакцией, перспективам, которые она открывает. Обзор пред назначается для читателей, со средним образованием, в первую очередь
для молодежи.
016: 5+ 530.3
Составитель |
Г. В. Успенская |
Редактор |
Я. С. Колесникова |
|
1 |
Новое |
Государственная |
в науке |
ордена Ленина |
и технике |
библиотека СССР |
|
|
|
имени В. И. Ленина |
Плазма и управляемые
термоядерные
реакции
Рекомендательный обзор литературы
Еще на заре развития науки человек пытался раскрыть тайну строе ния материи. Ученые Древней Греции считали, что мир построен из четырех элементов или стихий: земли, воды, воздуха и огня. Сме нялись века. Научные представления, развиваясь, прошли сложный путь. Но, как ни странно, четыре стихии древних греков, по суще ству, признаются и современной физикой. Только называются они иначе — агрегатными состояниями вещества. Нетрудно догадаться, что земле соответствует твердое, воде — жидкое, воздуху — газо образное состояние.
А что соответствует огню? Если газ разогреть до такой степени, что он будет состоять из оторвавшихся от ядра электронов и поло жительно заряженных ионов — мы получим четвертое состояние вещества — плазму.
Когда ученые обнаружили ее существование, выяснилось также, что мы живем в плазменной Вселенной.
В недрах Солнца и звезд идет непрерывный процесс превраще ния одних веществ в другие. Этот процесс сопровождается колос сальным выделением энергии. Ее назвали термоядерной. Темпе ратура внутри Солнца превышает тринадцать миллионов градусов.
2
Другие звезды раскалены еще больше. Вещество при такой темпера туре может существовать только в виде плазмы, которая очень плотна и весит в несколько раз больше, чем свинец. Если мы пред ставим себе гигантские весы, на одной чаше которых находится плазма Солнца, а на другой все остальное — планеты, астероиды, метеориты, космическая пыль и т. д., весы эти никогда не уравно весятся, потому что масса Солнца в 99 раз больше массы всей сол нечной системы. Значит, в плазменном состоянии находится большая доля вещества солнечной системы. Этот вывод справедлив и для Галактики — той части Вселенной, к которой относится наша сол нечная система.
Но плазма находится не только в космосе. С нею мы встреча емся и на Земле. Ионизированные газы присутствуют в любом пла мени. Правда, в пламени свечи керосиновой лампы немного ионов. Но в пламени газовой сварки, яри сгорании смеси в цилиндрах двигателя автомобиля, в ракетных и реактивных двигателях мы име ем дело уже с плазмой, содержащей большое количество заряжен ных частиц. Ее возникновение неизбежно и при мощных взрывах, например, при взрыве атомной бомбы.
Человек сам научился создавать плазму и, более того, пытается получить с ее помощью огромное количество энергии.
Поиски новых видов энергии, связанных с использованием атом ных и термоядерных реакций, составляют одно из важнейших на правлений современной научно-технической революции. На пути к осуществлению этой задачи стоит решение одной принципиальной идеи — создание такого магнитного поля, в котором высокотемпера турная плазма могла бы находиться в устойчивом состоянии. Плаз ма представляет собой вещество, которое стремится уменьшить напряженность магнитного поля, выталкиваясь в сторону более слабого поля. В результате плазма «выбрасывается» на стенки ка меры, охлаждается и гибнет.
Приручить эту звездную материю, оказывается, очень непросто. Тысячи энтузиастов — математики, физики-теоретики и эксперимен-
*
3
таторы, инженеры, конструкторы, изобретатели и рабочие ищут сред ства для успешной борьбы с неустойчивостями и потерями энергии,
.на стенки объема, в котором'заключена плазма.
После того как физики изучили удивительные свойства плазмьгг открылись широкие перспективы использования ее в науке и тех нике.
Одна из главных проблем, поставленных перед исследователями плазмы, — это создание своего солнца на Земле, т. е. получение управляемой термоядерной реакции, подобной той, что происходит на нашем дневном светиле.
В отличие от обычных атомных электростанций, не пременным спутником которых являются радиоактив ные отходы и проблема их удаления и хранения, в термоядерных реакторах радиоактивных продуктов реакции не будет.
Исключительно интересна, также задача разработки методов непо средственного превращения тепловой энергии в электрическую, в частности, с ¡помощью плазменного МГД-генератора (магнито-гид родинамический генератор).
Изучение овойств ¡плазмы подсказало идею создания плазменной пушки, из которой можно выстреливать сгустки плазмы со скоростью до 100 км/сек., что в десятки раз превышает скорости космических ракет. На этой основе можно сделать и плазменный двигатель.
В обзоре представлена литература, рассказывающая о большом круге проблем, связанных с изучением плазмы и стремлением учет ных поставить «капризное» звездное вещество на службу человеку.
Знакомство с этими проблемами лучше всего начать с книги!
Рыдник В. И.
Четвертое состояние вещества. М., «Сов. Россия», 1962. 102 с. с илл.
Эта книга о рождении и жизни плазмы. Атом состоит из нахо дящегося в центре положительно заряженного ядра и располагаю-
4
щейся вокруг ядра очень подвижной оболочки из отрицательно за ряженных электронов. Атом в целом является нейтральным, и все его электроны одинаковы, но находятся они в разных условиях. Внешние, наиболее далекие от ядра электроны очень подвижны и для того, чтобы улететь из атома, им надо передать небольшое коли чество энергии. А вот чтобы вырвался на свободу электрон из глу бины атома, ему надо передать довольно значительную энергию, и не по частям, а сразу.
Допустим, мы взяли сосуд с газом и начали подогревать. Дви жения атомов газа становятся все более энергичными, они чаще и сильнее сталкиваются друг с другом, и эти столкновения отрывают все больше электронов с атомных оболочек. Число свободных элек тронов быстро растет. Электроны, находящиеся в глубине атомов, тоже получают дополнительную энергию. Но она еще слишком ма ла, чтобы электроны могли покинуть атом. Приобретая некоторую энергию при столкновении, они способны лишь перепрыгнуть в слой поближе к «выходу» из атома. Столкновения пока еще не настолько часты, а ядро втягивает электрон обратно в тот слой, который он занимал раньше. Энергию же, которую электрон приобрел перед прыжком к выходу из атома, он унести с собой не может и вынуж ден ее отдать. Эта энергия излучается атомом в виде фотона — частицы света. В результате при определенном повышении темпера туры газ начинает светиться. С этого момента физики начинают условно считать газ плазмой.
Продолжаем поднимать температуру газа. Все больше и больше внешних электронов покидают атомы, все чаще и чаще внутренние электроны покидают орбиты. Красноватое вначале свечение газа приобретает голубые цвета, становится ослепительно ярким.
Но постепенно яркость свечения атомов плазмы снижается — слишком мало электронов остается на положительно заряженных, лишенных многих электронов атомных ядрах — ионах. И, наконец, свечение прекращается: все электроны покинули свои атомы, оставив дишь несветящиеся,- совершенно оголенные ядра, бешено носящиеся
»
5
в сосуде и сталкивающиеся друг с другом. Мы получили полностью ионизированный газ, «идеальную» плазму с температурой порядка десяти миллионов градусов.
Автор рассказывает обо всем этом, не пользуясь ни единой формулой.
В следующей книге изложены основные идеи физики плазмы как на основе модели непрерывной проводящей среды (магнитная гид родинамика), так и посредством рассмотрения движения отдельных заряженных частиц и их столкновений (физическая кинетика).
Франк-Каменецкий Д. А.
Плазма — четвертое состояние вещества. Изд. 3-е. М., Атомиздат, 1968. 160 с. с илл. (Науч.-попул.
б-ка).
Впредисловии автор пишет: «Книга не предназначена для лег-! кого чтения. Мы рассчитываем на читателя, для которого знакомст во с плазмой не должно быть мимолетным. Надеемся, что он захочет продолжить и углубить его, обратившись к более специальной лите ратуре. Поэтому мы не избегали не только простых формул, но и важнейших специальных терминов». ■
Арцимович Л. А.
Элементарная физика плазмы. Изд. 3-е. М., Атомиз дат, 1969. 191 с. с черт.
Автор изложил основные вопросы физики плазмы так, чтобы они могли быть понятны читателям с запасом знаний по матем-атике и физике, соответствующим курсу средней школы.
«В книге излагаются не только готовые результаты анализа раз личных плазменных процессов, но обычно также и пути подхода к этим результатам, потому что, только познакомившись с ними, мож но по-настоящему понять физический смысл явлений», — такими словами предваряет свою книгу академик Л. А. Арцимович.
Далее он освещает основные положения теории плазмы и рас
6
крывает перспективу ее применения для получения термоядерной энергии и прямого преобразования тепла в электричество (в МГДгенераторах), а также сообщает о некоторых возможных примене ниях плазменных процессов в технике близкого и далекого буду щего.
Как же изучают плазму? Ведь человеческий глаз не в состоянии зафиксировать картину событий, длящихся тысячные или миллион ные доли секунды. Здесь помогают сверхбыстродействующие фото аппараты, осциллографы и другие приборы. Фотоаппараты, снаб женные быстро вращающимися зеркалами и электровзрывающимися затворами, позволяют делать снимки с выдержками всего в одну пятимиллионную долю секунды. За время образования плазмы та ким фотоаппаратом можно сделать десятки снимков и хорошо изу чить ее «биографию».
Наиболее полно вопросы диагностики (изучения) плазмы осве щены в книге:
Балабанов Е. М.
Солнце на Земле. Рассказы об атоме, атомном ядре и их энергии. Изд. 2-е, доп. М., «Молодая гвардия», 1964. 274 с. с илл.
Автор как бы вводит в творческую лабораторию исследователей, изучающих атом, показывает результаты их огромной работы, рас крывает сущность физических процессов, происходящих во время ядерной реакции. Можно ли удержать частицы нагретого газа вмес те, чтобы они успели вступить в ядерное взаимодействие раньше, чем отдадут свою энергию в столкновениях с другими «холодными» частицами? Как это происходит во Вселенной, на звездах и Солнце? Можно ли осуществить подобную реакцию на Земле? И на эти во просы отвечает автор.
Читатель познакомится также с могучим арсеналом средств атомной техники — от счетчиков и камер для регистрации отдель ных элементов до гигантских ускорителей и ядерных реакторов. Не
»
7
мало страниц посвящено возможности использования термоядерной анергии в промышленности и сельском хозяйстве.
В связи с повышенным интересом исследователей к плазме про исходит быстрое развитие методов и экспериментальных средств изучения ее основных параметров и особенностей.
О методах диагностики плазмы с помощью оптических кванто вых генераторов-лазеров рассказано:
Лободенко В. И.
Лазерные методы диагностики плазмы. М., «Знание», 1969. 46 с. с черт.
«Без сомнения, бурно развивающаяся квантовая электроника в ближайшее время приведет к расширению и углублению лазерных методов диагностики, что позволит решить постоянно возникающие новые задачи в области физики плазмы», — заключает автор.
Научившись получать плазму искусственно, ученые сразу же стали искать пути использования ее необычайных свойств. Интерес ный рассказ об этом вы найдете в книге:
Фомин Б. В.
От искры до лазера. Изд. 2-е, доп. М., «Знание», 1967. 160 с. с илл.
Свет... Пожалуй, ни одно физическое явление не имеет такой обширной и драматической истории, какая выпала на его долю. О теориях Кеплера и Ньютона, Гюйгенса и Максвелла, Макса Планка и Эйнштейна узнаете вы, прочитав эту книгу. Основной вопрос, раскры ваемый автором, — «световая» деятельность плазмы, обладающей огромной светоотдачей в сравнении с лампой накаливания.
Лучи Солнца — гигантского скопления плазмы, способны изба вить людей от многих болезней. Ультрафиолетовые лучи глубоко проникают в организм, оказывая свое благотворное воздействие. Бактерицидные лампы, установленные над входами в кинотеатры, станции метро, клубы, невидимыми лучами плазмы губят целые
8
армии бактерий, разрушая их белок и не давая им размножаться. Ту воду, которую мы ежедневно пьем, «обрабатывают» ультрафиолето вым светом. Особенное внимание автор уделяет использованию плаз мы в оптических квантовых генераторах — лазерах, с устройством которых читатель также кратко может познакомиться.
Лазеры называют одним из чудес XX века. Световые лучи, рожденные в оптическом квантовом генераторе, обладают удивитель ными свойствами. В сотые доли секунды излучение лазера плавит металлы и проделывает отверстия в алмазе и корунде — самых твердых на земле минералах.
Познакомиться с историей создания лазеров, с их устройством и теми перспективами, которые открывает их применение, поможет книга:
Остапченко Е.
Чудесные лучи. М., «Моек, рабочий», 1969. 96 с. с илл.
Автор раскрывает физические процессы, происходящие в атомах, знакомит со свойствами лазерного излучения и основными принци пами построения квантовых генераторов. Особое внимание он уде ляет устройству и работе широко применяемых оптических генера торов — газовых лазеров, работающих на ионизированном газе и используемых в оптических системах связи, в объемной фотогра фии (голографии), в локации, при измерении очень больших или очень малых расстояний, в научных исследованиях и т. д.
27 июня 1954 года в Советском Союзе начала работать первая в мире атомная электростанция. Могучая энергия, освобождающаяся из атомных ядер, была покорена нашими учеными и направлена на службу человеку. Сегодня атомная энергетика прочно входит в жизнь человечества. Но разумно ли ограничиться лишь добыванием энергии из самых тяжелых атомов, запасы которых в земных кладо вых хотя и довольно велики, но все же не безграничны. В ядерных реакторах выгорает уран-235, которого в природном уране всего
V