Номер 15, страница 84 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 11. Агрегатные состояния веществ и фазовые переходы - номер 15, страница 84.

Условие.

15. Подготовьте сообщение на тему «Приручение плазмы».

Решение.

Решение 2.

Что такое плазма и почему её нужно «приручать»?

Плазма — это четвёртое агрегатное состояние вещества, представляющее собой ионизированный газ. В отличие от обычного газа, состоящего из нейтральных атомов и молекул, плазма содержит свободные заряженные частицы: ионы и электроны. Именно это свойство делает плазму электропроводной и чувствительной к магнитным и электрическим полям. Более 99% видимого вещества во Вселенной, включая звёзды и межзвёздную среду, находится в состоянии плазмы. «Приручение» плазмы означает научиться управлять ею, удерживать в определённом объёме и использовать её уникальные свойства, в первую очередь — колоссальную энергию.

Основная сложность в «приручении» заключается в экстремально высоких температурах, необходимых для создания и поддержания плазмы, пригодной, например, для термоядерного синтеза. Температура плазмы в установках для управляемого термоядерного синтеза может достигать сотен миллионов градусов Цельсия, что гораздо выше температуры в ядре Солнца. Никакой материальный контейнер не способен выдержать такой нагрев, поэтому для удержания плазмы были разработаны специальные методы.

Магнитное удержание: ловушка для звёздной материи

Наиболее перспективным методом удержания горячей плазмы является использование магнитных полей. Поскольку плазма состоит из заряженных частиц, их траекторию можно искривлять с помощью магнитного поля, заставляя их двигаться по спирали вдоль силовых линий. Если замкнуть эти силовые линии в кольцо, частицы окажутся в «магнитной ловушке».

Самыми известными установками такого типа являются токамаки (тороидальная камера с магнитными катушками). В них создаётся сильное тороидальное (направленное вдоль кольца) магнитное поле и более слабое полоидальное (направленное поперёк кольца) поле. Комбинация этих полей создаёт винтовые магнитные силовые линии, которые не позволяют плазме касаться стенок вакуумной камеры. Другой тип установок — стеллараторы, где магнитное поле сложной винтовой формы создаётся исключительно внешними катушками.

Инерциальное удержание: микровзрыв в лаборатории

Альтернативный подход — инерциальное удержание. Его суть заключается в том, чтобы так быстро сжать и нагреть маленький шарик-мишень (обычно содержащий смесь дейтерия и трития), чтобы термоядерная реакция успела произойти до того, как плазма разлетится под действием собственного давления. Для этого со всех сторон на мишень направляют мощнейшие импульсы лазерного излучения или пучков частиц. Внешние слои мишени испаряются, создавая реактивную тягу, которая сжимает ядро мишени до огромных плотностей и температур, запуская термоядерный синтез.

Практическое применение «приручённой» плазмы

Главная цель исследований в области удержания плазмы — создание термоядерного реактора. Это источник практически неисчерпаемой и экологически чистой энергии. Реакция слияния лёгких ядер, например, дейтерия (D) и трития (T), высвобождает огромное количество энергии:

$ D + T \rightarrow ^4He + n + 17.6 \text{ МэВ} $

Однако плазма уже нашла применение и в других областях:

• Промышленность: плазменная резка и сварка металлов, напыление сверхпрочных покрытий, травление микросхем при их производстве.
• Экология: плазменная переработка отходов позволяет безопасно утилизировать токсичные вещества, превращая их в инертный стекловидный материал и полезный синтез-газ.
• Космос: плазменные двигатели, обладающие очень высоким удельным импульсом, позволяют космическим аппаратам достигать больших скоростей и совершать длительные межпланетные перелёты с меньшим расходом топлива по сравнению с химическими двигателями.
• Освещение: плазменные лампы и неоновые вывески используют свечение плазмы для создания яркого света.
• Медицина: низкотемпературная плазма используется для стерилизации медицинских инструментов и даже для лечения ран и кожных заболеваний благодаря своим бактерицидным свойствам.

Заключение

«Приручение плазмы» — одна из самых амбициозных и сложных задач, стоящих перед современной наукой и техникой. Несмотря на огромные трудности, особенно в области управляемого термоядерного синтеза, человечество добилось значительных успехов. Уже сегодня технологии, основанные на управлении плазмой, активно применяются в промышленности, медицине и космосе. А успешное создание термоядерного реактора в будущем обещает полностью изменить мировую энергетику и решить многие глобальные проблемы.

Ответ:

Представлено развернутое сообщение на тему «Приручение плазмы», структурированное по подпунктам. В сообщении раскрывается понятие плазмы, описываются основные методы её удержания (магнитный и инерциальный), а также рассматриваются ключевые области практического применения плазменных технологий, от энергетики будущего до современной промышленности и медицины.