Номер 2, страница 205, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 12. Строение и эволюция вселенной. Параграф 112. Физическая природа Солнца и звёзд. Повторим изученное - номер 2, страница 205.

Условие.

• Что такое термоядерные реакции?

Решение.

Что такое термоядерные реакции?

Термоядерные реакции (или реакции ядерного синтеза) — это разновидность ядерных реакций, в ходе которых лёгкие атомные ядра объединяются (сливаются) в более тяжёлые. Этот процесс сопровождается выделением огромного количества энергии.

Условия протекания. Для слияния атомных ядер необходимо преодолеть силу электростатического отталкивания между ними, так как все ядра заряжены положительно (кулоновский барьер). Чтобы сблизить ядра на расстояние, где начинают действовать мощные, но короткодействующие ядерные силы, частицы должны обладать очень большой кинетической энергией. Такая энергия достигается при сверхвысоких температурах — порядка десятков и сотен миллионов кельвинов ($10^7-10^8 \text{ K}$). Именно поэтому реакции называются термоядерными. Кроме высокой температуры, требуется также высокая плотность вещества, чтобы обеспечить достаточную частоту столкновений ядер.

Выделение энергии. Энергия в ходе термоядерного синтеза выделяется из-за так называемого «дефекта масс». Масса образовавшегося в результате синтеза более тяжёлого ядра оказывается меньше, чем суммарная масса исходных лёгких ядер. Эта разница масс ($\Delta m$) преобразуется в энергию ($\text{E}$) в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна: $E = \Delta m c^2$, где $\text{c}$ — скорость света в вакууме. Поскольку скорость света является очень большой величиной, даже незначительное уменьшение массы приводит к высвобождению колоссального количества энергии.

Примеры реакций. Основным источником энергии для звёзд, подобных Солнцу, является протон-протонный цикл, в ходе которого четыре протона (ядра водорода) превращаются в одно ядро гелия:

$4 \ {}_1^1\text{H} \rightarrow \ {}_2^4\text{He} + 2e^+ + 2\nu_e + \text{энергия} \ (26.7 \ \text{МэВ})$

Одной из наиболее перспективных реакций для осуществления управляемого термоядерного синтеза на Земле является дейтерий-тритиевая реакция. Ядра изотопов водорода — дейтерия ($\text{D}$ или ${}_1^2\text{H}$) и трития ($\text{T}$ или ${}_1^3\text{H}$) — сливаются с образованием ядра гелия и нейтрона:

${}_1^2\text{D} + \ {}_1^3\text{T} \rightarrow \ {}_2^4\text{He} + \ {}_0^1\text{n} + \text{энергия} \ (17.6 \ \text{МэВ})$

Распространение и применение. В природе термоядерные реакции являются основным источником энергии звёзд, включая наше Солнце. На Земле они реализованы в неуправляемом виде в водородной бомбе. Ведутся активные исследования по созданию термоядерных реакторов (например, токамаков), которые позволили бы осуществлять управляемый термоядерный синтез для производства чистой и практически неисчерпаемой энергии.

Ответ:

Термоядерные реакции — это реакции слияния лёгких атомных ядер в более тяжёлые, протекающие при сверхвысоких температурах и давлениях и сопровождающиеся выделением колоссального количества энергии за счёт превращения части массы исходных ядер в энергию.