0 просмотров

6.9: Ядерный синтез

Химия LibreTexts

Процесс превращения очень легких ядер в более тяжелые также сопровождается превращением массы в большое количество энергии, процесс, называемый синтезом. Основным источником энергии на Солнце является чистая реакция синтеза, в которой четыре ядра водорода сливаются и производят одно ядро ​​гелия и два позитрона. Это чистая реакция на более сложную серию событий:

Ядро гелия имеет массу, на 0,7% меньшую, чем у четырех ядер водорода; эта потерянная масса преобразуется в тепловую энергию во время синтеза по уравнению Эйнштейна (E=mc^2). Эта реакция дает около 3,6 × 10 11 кДж энергии на моль произведенного (ce). Это несколько больше, чем энергия ядерного деления одного моля (ceU>) (1,8 · 10 10 кДж), и более в 3 миллиона раз больше чем энергия, полученная при (химическом) сгорании одного моля октана ((Delta H = -5471, кДж)):

[2C_8H_ + 25O_2 стрелка вправо 16CO_2 + 18H_2O]

Установлено, что ядра тяжелых изотопов водорода — дейтрона (се) и тритона (се) подвергаются синтезу при чрезвычайно высоких температурах (термоядерный синтез). Они образуют ядро ​​гелия и нейтрон:

Это изменение происходит с потерей массы 0,0188 а.е.м., что соответствует высвобождению 1,69·10 9 кДж на моль образовавшегося (се). Очень высокая температура необходима, чтобы дать ядрам достаточную кинетическую энергию для преодоления очень сильных сил отталкивания, возникающих из-за положительных зарядов на их ядрах, чтобы они могли столкнуться.

Статья в тему:  Веб-сайт, показывающий последствия ядерной бомбы

330px-дейтерий-тритий_fusion.svg.png

Наиболее важным процессом синтеза в природе является тот, который приводит в действие звезды. В 20 веке стало понятно, что энергия, высвобождаемая в результате реакций ядерного синтеза, объясняет долговечность Солнца и других звезд как источника тепла и света. Слияние ядер в звезде, начиная с ее первоначального содержания водорода и гелия, обеспечивает эту энергию и синтезирует новые ядра как побочный продукт этого процесса слияния.Основным источником энергии на Солнце является синтез водорода с образованием гелия, который происходит при температуре ядра Солнца 14 миллионов кельвинов. Конечным результатом является слияние четырех протонов в одну альфа-частицу с высвобождением двух позитронов, двух нейтрино (что превращает два протона в нейтроны) и энергии (рис. (PageIndex)).

678px-FusionintheSun.svg.png

Рассчитайте энергию, выделяющуюся в каждом из следующих гипотетических процессов.

  1. (ce_6C>)
  2. (ce_6C>)
  3. (ce_6C>)
  1. Вопросa = 3 * 4,0026 — 12,000) а.е.м. * (1,4924E-10 Дж/а.е.м.)
    = 1,17E-12 Дж
  2. Вопросb = (6*(1,007825 + 1,008665) — 12,00000) а.е.м. * (1,4924E-10 Дж/а.е.м.)
    = 1,476E-11 Дж
  3. Вопросc = 6*2,014102 — 12,00000 а.е.м. * (1,4924E-10 Дж/а.е.м.)
    = 1,263E-11 Дж

Слияние He с получением C высвобождает наименьшее количество энергии, потому что слияние с образованием He высвобождает большое количество энергии. Разница между вторым и третьим заключается в энергии связи дейтерия. Сохранение массы и энергии хорошо иллюстрируется этими расчетами. С другой стороны, расчет основан на сохранении массы и энергии.

Ядерные реакторы

Полезные термоядерные реакции требуют для инициирования очень высоких температур — около 15 000 000 К и выше. При этих температурах все молекулы диссоциируют на атомы, а атомы ионизируются, образуя плазму. Эти условия возникают в чрезвычайно большом количестве мест по всей Вселенной — звезды питаются за счет синтеза. Люди уже придумали, как создавать температуры, достаточно высокие для осуществления крупномасштабного термоядерного синтеза в термоядерном оружии. Термоядерное оружие, такое как водородная бомба, содержит ядерную бомбу деления, которая при взрыве выделяет достаточно энергии для создания чрезвычайно высоких температур, необходимых для термоядерного синтеза.

Статья в тему:  Почему не было ядерной войны

Показаны две фотографии с пометками «а» и «б». На фото а показана модель реактора ИТЭР, состоящая из разноцветных деталей. На фото b показан крупный план конца длинной механической руки, состоящей из множества металлических компонентов.

Другой гораздо более выгодный способ создания термоядерных реакций — это термоядерный реактор, ядерный реактор, в котором контролируются термоядерные реакции легких ядер.Поскольку никакие твердые материалы не стабильны при таких высоких температурах, механические устройства не могут содержать плазму, в которой происходят реакции синтеза. Два метода сдерживания плазмы с плотностью и температурой, необходимыми для термоядерной реакции, в настоящее время находятся в центре внимания интенсивных исследований: сдерживание магнитным полем и использование сфокусированных лазерных лучей (рис. (PageIndex)). Ряд крупных проектов работает над достижением одной из самых больших целей в науке: заставить водородное топливо воспламеняться и производить больше энергии, чем количество, поставляемое для достижения чрезвычайно высоких температур и давлений, необходимых для термоядерного синтеза. На момент написания этой статьи в мире не было работающих самоподдерживающихся термоядерных реакторов, хотя небольшие управляемые термоядерные реакции проводились в течение очень коротких периодов времени.

Авторы

  • Пол Флауэрс (Университет Северной Каролины — Пембрук), Клаус Теопольд (Университет Делавэра) и Ричард Лэнгли (Государственный университет Стивена Ф. Остина) с соавторами. Контент учебника, созданный OpenStax College, находится под лицензией Creative Commons Attribution License 4.0. Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/85abf193-2bd. a7ac8df6@9.110).

6.9: Nuclear Fusion распространяется по незадекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

  1. Вернуться к вершине
    • 6.8: Ядерное деление
    • 6.10: Ядерная химия (упражнения)
  • Эта статья была полезной?
  • Да
  • Нет
голоса
Рейтинг статьи
Статья в тему:  Почему мРНК связаны с комплексом ядерных пор?
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector