Номер 8, страница 33, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 26. Ядерные реакции. Ядерная энергетика - номер 8, страница 33.

Условие.

8. Почему реакцию синтеза можно осуществить только при очень высоких температурах? Какие это температуры?

Решение.

Почему реакцию синтеза можно осуществить только при очень высоких температурах?

Реакция ядерного синтеза заключается в слиянии легких атомных ядер (например, изотопов водорода) с образованием более тяжелых ядер. Все атомные ядра имеют положительный электрический заряд, так как содержат протоны. Согласно законам электростатики, одноименные заряды отталкиваются друг от друга. Эта сила отталкивания, известная как кулоновский барьер, мешает ядрам сблизиться на расстояние, достаточное для слияния.

Чтобы преодолеть этот барьер, ядра должны обладать очень высокой кинетической энергией, то есть двигаться навстречу друг другу с огромными скоростями. Согласно молекулярно-кинетической теории, средняя кинетическая энергия частиц вещества является мерой его температуры. Следовательно, для того чтобы сообщить ядрам энергию, достаточную для преодоления кулоновского отталкивания и сближения на расстояние действия сильного ядерного взаимодействия (которое и вызывает слияние), вещество необходимо нагреть до сверхвысоких температур. При таких температурах вещество представляет собой плазму — газ, состоящий из отдельных ядер и электронов.

Ответ: Реакцию синтеза можно осуществить только при очень высоких температурах, так как для слияния положительно заряженных атомных ядер необходимо преодолеть их взаимное электростатическое отталкивание (кулоновский барьер). Высокая температура сообщает ядрам огромную кинетическую энергию, достаточную для сближения на расстояние, где начинают действовать ядерные силы притяжения.

Какие это температуры?

Температуры, необходимые для осуществления термоядерного синтеза, измеряются миллионами и сотнями миллионов градусов. Конкретное значение зависит от типа реакции и условий ее проведения. Например, в ядре Солнца температура достигает примерно 15 миллионов Кельвин ($1.5 \times 10^7$ K), и реакции там возможны благодаря огромному гравитационному давлению. В установках управляемого термоядерного синтеза на Земле, где такое давление создать невозможно, требуются еще более высокие температуры. Для наиболее перспективной на сегодня дейтерий-тритиевой реакции необходима температура около 100-150 миллионов Кельвин ($10^8 - 1.5 \times 10^8$ K), что примерно в 10 раз горячее, чем в центре Солнца.

Ответ: Температуры, необходимые для термоядерного синтеза, составляют от десятков до сотен миллионов градусов Кельвин (или Цельсия). Например, для реакции дейтерия и трития в земных условиях требуется температура порядка 100–150 миллионов К.