Номер 5, страница 158 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

5. Какая реакция называется термоядерной? Какими преимуществами обладают термоядерные реакции по сравнению с реакциями деления?

Какая реакция называется термоядерной?
Термоядерной реакцией (или реакцией ядерного синтеза) называется процесс слияния лёгких атомных ядер, в результате которого образуются более тяжёлые ядра. Этот процесс происходит при чрезвычайно высоких температурах (свыше $10^8$ К) и давлении. При таких условиях вещество находится в состоянии плазмы, а ядра обладают достаточной кинетической энергией, чтобы преодолеть электростатическое отталкивание (кулоновский барьер) и вступить в сильное взаимодействие. Реакции синтеза сопровождаются выделением огромного количества энергии за счет дефекта масс: масса образовавшегося ядра меньше суммарной массы исходных ядер. Одним из наиболее перспективных примеров является реакция слияния изотопов водорода — дейтерия (D) и трития (T):
$_1^2D + _1^3T \rightarrow _2^4He + _0^1n + 17,6 \text{ МэВ}$
где $He$ — ядро гелия, а $n$ — нейтрон.

Ответ: Термоядерная реакция — это реакция слияния лёгких атомных ядер в более тяжёлые при сверхвысоких температурах, которая сопровождается выделением большого количества энергии.

Какими преимуществами обладают термоядерные реакции по сравнению с реакциями деления?
Термоядерные реакции (синтез) обладают рядом ключевых преимуществ по сравнению с реакциями деления тяжелых ядер, которые используются в современных атомных электростанциях:

1. Доступность и запасы топлива. Топливо для термоядерного синтеза, в первую очередь дейтерий, можно в огромных количествах извлекать из обычной воды. Тритий, другой компонент, можно получать из лития, запасы которого на Земле также очень велики. В отличие от этого, запасы природного урана ($^{235}U$), используемого для реакций деления, ограничены и его добыча является сложным и дорогостоящим процессом.

2. Безопасность. Термоядерные реакторы по своей физической природе являются более безопасными. Процесс синтеза требует постоянного поддержания экстремальных условий. Любое нарушение в работе установки (например, разгерметизация) приведет к мгновенному охлаждению плазмы и прекращению реакции. Это исключает возможность неконтролируемого цепного процесса и катастрофического расплавления активной зоны, что является потенциальной угрозой для реакторов деления.

3. Радиоактивные отходы. Продукты термоядерного синтеза (например, гелий) являются стабильными, нерадиоактивными элементами. Основная проблема радиоактивности связана с активацией конструкционных материалов реактора под действием нейтронного излучения. Однако образующиеся при этом изотопы имеют значительно более короткие периоды полураспада (десятки лет) по сравнению с долгоживущими высокоактивными отходами от реакций деления, которые остаются опасными на протяжении десятков тысяч лет и требуют сложной системы захоронения.

4. Нераспространение ядерного оружия. В процессе термоядерного синтеза не производятся и не используются материалы (такие как плутоний или обогащенный уран), которые могут быть применены для создания ядерного оружия. Это существенно снижает риски, связанные с распространением ядерных технологий в военных целях.

5. Больший выход энергии. В расчете на единицу массы топлива реакции синтеза выделяют значительно больше энергии, чем реакции деления. Например, в реакции дейтерий-тритий (D-T) выделяется около $3,5$ МэВ на нуклон, в то время как при делении урана-235 — около $0,85$ МэВ на нуклон.

Ответ: Главные преимущества термоядерных реакций: практически неисчерпаемые и доступные топливные ресурсы, внутренняя безопасность реакторов, образование значительно меньшего количества радиоактивных отходов с коротким периодом полураспада, невозможность использования продуктов реакции для создания ядерного оружия и более высокий энергетический выход на единицу массы топлива.