Номер 4, страница 318 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 67. Термоядерная реакция. Ответь на вопросы - номер 4, страница 318.

Условие.

4. В чём заключается одна из основных трудностей при осуществлении управляемых термоядерных реакций?

Решение.

Решение 2.

Одна из основных и фундаментальных трудностей при осуществлении управляемых термоядерных реакций заключается в необходимости нагрева реагирующих веществ (например, смеси изотопов водорода — дейтерия и трития) до сверхвысоких температур и удержании их в таком состоянии.

Для того чтобы лёгкие атомные ядра, такие как ядра дейтерия ($^2H$) и трития ($^3H$), слились, необходимо преодолеть силу электростатического отталкивания между ними, так как оба ядра заряжены положительно. Чтобы сблизить их на расстояние, где начинают действовать гораздо более мощные, но короткодействующие ядерные силы, ядра должны обладать огромной кинетической энергией. Эта энергия соответствует температурам порядка сотен миллионов градусов Кельвина (более $10^8 \text{ K}$). Для сравнения, температура в центре Солнца составляет около 15 миллионов Кельвин.

При таких экстремальных температурах вещество переходит в четвёртое агрегатное состояние — плазму. Плазма представляет собой полностью или частично ионизированный газ, состоящий из положительно заряженных ионов и свободных электронов. Основная проблема заключается в том, что ни один из существующих материалов не способен выдержать контакт с плазмой, нагретой до такой температуры. Любое соприкосновение со стенками реактора приведёт к их мгновенному испарению и, что не менее важно, к резкому охлаждению самой плазмы, что немедленно прекратит реакцию.

Поэтому главной инженерной и научной задачей является удержание горячей плазмы, её термоизоляция от стенок реактора. В настоящее время разрабатываются два основных подхода к решению этой проблемы: магнитное удержание и инерциальное удержание. При магнитном удержании плазму, состоящую из заряженных частиц, удерживают с помощью сильных магнитных полей, заставляя частицы двигаться по спирали вдоль линий поля, не касаясь стенок (примеры установок — токамаки и стеллараторы). При инерциальном удержании маленькую мишень с топливом сверхбыстро сжимают и нагревают мощными лазерами, чтобы реакция успела произойти до разлёта мишени.

Таким образом, создание и удержание стабильной, достаточно плотной и горячей плазмы в течение времени, необходимого для протекания реакции с положительным выходом энергии, является ключевой трудностью на пути к созданию термоядерного реактора.

Ответ: Основная трудность заключается в необходимости нагрева термоядерного топлива до температур в сотни миллионов градусов и последующем удержании образовавшейся высокотемпературной плазмы, не допуская её контакта со стенками реактора, в течение времени, достаточного для протекания реакции синтеза.