Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 139
Текст из файла (страница 139)
В. Курчатова в Харуале в 1956 г. Хотя проблема управляемого термоядерного синтеза не решена до сих пор, но за последнее лесятилегне в этом направлении достигнут значительный прогресс. Под руководством Л А Арцимовича коллекп!в ученых Института атомной энергии (ИАЭ) ич. И. В. Курчатова осуществил широкий круг исследований, результатом которых явился пуск летом 1975 г, в ИЭА крупиейшеи в мире термоядерной устанонки «Токамак-10» (Т.10). В Т-)0, как и во всех установках этого типа, плазма создается в тороидильиой камере, находящсйся в магнитном ноле, з само плазменное образование — плазменный шнур — также имеет ~рорму тора.
В Т-10 плазма с температурой примерна (7 —:8) 1О' К и плотностью примерно 1О' частиц?смз гоэдаетсн в объеме, приблизительно рзвиом 5 мз, на время около 1 с. Однако с,|ед)чт отметить, что до осуществления критерия Лоусона" — условия, необходимого для начала самоподдерживающейся термоядерной реакции, -- еще остается значительный «путь»: примгрно 20 раз па пт (про. наведение плотности частиц на время удержания плазмы) и примерна 00 раз па температуре.
Результаты, полученные на Т-(0, вместе с результатами, ожидземычи на создаваемых установках (например, Т-2)) по черо решения разного родэ инженерна."ехнологическкх проблем служат базой для создания термоядерного реактора «Токамака». управляемый термоядерный синтез открывает человечеству доступ к неисчерпаемой «клалавой» ядерной энергии, заключенной в легких элементах.
Каиболее заманчивой н этом смысле является возможность извлечения энергии из дейтерии, содержащегося в обычной воде. В са«ом деле, количество дейгерия в океанской воде составляет примерно 4 !О" т, чему соответствует энергетический запас 1О' МВт год. Лругими словами, эти ресурсы неограниченны. Остается только надеяться, что решение этих проблем— дела недзлекого буду цгго В.и*нг н и фи ~яки ь гони н;, наре н,ю ч вы|и| ы ° ч: ~ и . Что можно сказать о характере пенной реакции деления, если: 1! й) 1; 2) й=1; 3) й(Г? По каким признакам можно классифицировать ядерные реакторы? Почему деление тнжелых ядер и синтез атомных ядер сопровождаются выделением большого количества энергннэ Когда на один нуклон выделяется большая энергия? Почему? ЭйД(3ЧИ 32.!.
Определить >деэьную энергию связи для ядра '(С, если масса его нейтрального атома равна !0,9272 !О " кг (7,7 МэВунуклон( 32.2. Определить, какая ~эсть (в процентах) начального количества ядер радиоактивного изотопа Оетанется нераспавшейгя по истечении времени Г, равного трем средним временам жизни т радиоактивного ядра [5%) 32.3. Период полураспада радиоактивного изгп пил составляет 24 ч Определить время, эа которое ! распадется — начального количества ядер (!0,5 ч) 4 324.
Определить, поглощается или вылеляется энергия при ядерной ренкпни';Н+!Не (Н-1 !Не Определить эту энергию, (!и,4 МэВ) 32.5. В пропеесе осуществления реакции т — ° ..",е+ з",г энергия фотона была равна 2,02 МэВ. Определить полную «ннетическую энергию ноэнтрона н электрона н чоыенэ нх возникновении. (! МэВ) 32.5. В ядерном реакторе на тепловых нейтронах среднее время жизни очного поколения нейтронон составляет Т=90 мс. Принимая коэффициент размножения и нтронои й=1,003, определить период т реактора, т.
е. время, в течение которого поток теолг вых неГмрапов увеличится н е ргю !т=Т/(й — !)=30 г) Глава 33 Элементы фиэики элементарных частиц 2 269. Космичеько« излучение л,нм Развитие физики элементарных частиц тесно связано с изучением космического излучения излучения, приходящего на Землю практически изотропно со всех направлений космического пространства. Измерения интенсивности космического излучения, проводимые методами, аналогичными методам регистрации радиоактивных излучений и частиц (см. 2 26!), приводят к выводу, что его интенсивность быстро растет с высотой, достигает максимума, затем уменьшается и с й 50 км остается практически постоянной (рис. 347). Различают первичное я вторичное космические излучения.
Излучение, приходящее непосредственно из космоса, называют первичным космическим излучением. Исследование его состава показало, что первичное излучсние представляет собой поток элементарных частиц высокой энергии, причем более гз026 нз чих составляют протоны с энергией примерно !О'— !О'" эВ, около 7% — м-частицы и лишь небольшая доля (около ! о?~) приходится нп ядра более тяжелых элементов (Я> )20). По современныч представленинм, гзгнопаиным иа данных астрофизики и радиоастрономии, считается, что первичное космическое излучение имеет в основном галактическое происхождение.
Считается, Г л в в в 33. Элемыпм фввикч элем~ итврине чвсвии ЛЗ7 что ускорение частиц до столь высоких энергий может происходить при столкновении с движущимися межзвездными магнитными полями. При )г) 50 км (рис. 347) интенсивность космического излучения постоянна; на этих высотах наблюдается лишь первичное излучение. С приближением к Земле интенсивность космического излучения возрастает, что свидетельствует о появлении вторичного космического излучения, которое образуется в результате взаимодействия первичного космического излучения с ядрами атомов земной атмосферы.
Во вторичном космическом излучении встречаются практически все известные элементарные частицы. Прн 6(20 км космическое излучение является вторичным; с уменьшением и его интенсивность понижается, поскольку вторичные частицы по мере продвижения к поверхности Земли испытывают поглощение. В составе вторичного космического излучения можно выделить два компонента: мягкий (сильно поглощается свинцом) и жесткий (обладает в свинце большой проникающей способностью). Происхождение мягкого компонента объясняется следующим образом. В космическом пространстве всегда имеются у-кванты с энергией Е ) 2гп,с', которые в поле атомных ядер превращаются в злектронно-позитронные пары (см.
у 2б3). Образовавшиеся таким образом электроны и позитроны, тормозясь, в свою очередь, создают у-кванты, энергия которых еше достаточна для образования новых электронно-позитронных пар и т. д, до тех пор, пока энергия у-кваитов ие будет меныпе 2лг,с' (рис, 348). Опи. санный процесс называется электроннопозитроино-фотониым (нли каскадным) ливнем.
Хотя первичные частицы, приводящие к образованию этих ливней, и обладают огромными энергиями, но ливневые частицы являются <мягкими» вЂ” не проходят через большие толщи вещества. Таким образом, ливневые частицы — электроны, позитроны и у-кванты — и представляют собой мягкий компонент вторичного космического излучения. Природа еде~ ~цее е 7' ~в е~ Рме З4Я жесткого компонента будет рассмотрена в дальнейшем (см. ) 270). Исследование космического излучения, с одн й стороны, позволило на заре развития физики элементарных частиц получить основные эк перимептальные данные, на которых базировалась эта область науки, а с другой — дало возможность и сейчас изучать процессы с частицами сверхвысоких энергий вплоть до !Ом эВ, которые еше ие получены искусственным путем.
Правда, с начала 50-х годов для исследования элементарных частиц стали применить ускорители (позволяют ускорить частицы до сотен гигаэлектрон-вольт; см. $115), в связи с чем космическое излучение утратило свою исключительность при их изучении, сставаясь лишь основным «источником» частиц в области сверхвысоких энергий. 9 270. Мюоивя и их свойства Японский физик Х. Юкава (1907 †19), изучая природу ядерных сил (см. $254) и развивая идел советских ученых И.
Е. Тамма и Д Д. Иваненко об их обменном характере, выдвинул в 1935 г. гипотезу о существовании частиц с массой, в 200 — 300 раз превышающей массу электрона. Эти частицы должны, согласно Юкаве, выполнять роль носителей ядерного взаимодействия, подобно тому, как фотоны являютсн носителями электромагнитного взаимодействия. К. Андерсон и С. Неддермейер, изучая поглощение ж<сткого компонента вторичного космического излучения в свиицо- 7 Элсчснты физики ото«ос»о идпо о .лысо»ором~ о»стоп вых фильтрах с помощыа камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, действительно обнаружили (1936) частицы массой, близкой к ожидаемой (207 т,).
Они были названы впоследствии мюонами. Доказано, что жесткий компонент вторичнога космического излучения состоит в основном из мюонов, которые, как будет показана ниже, образуются вследствие распада более тяжелых заряженных частиц (и- н К-мезонин). Так как масса мюонов большая, то радиационные потери для них пренебрежимо малы, а поэтому жесткий компонент вторичного излучения обладает большой праникаипцсй способностью. Сугцествуют положительный (р~) и отрицательный (р ) мюоны; заряд мю. онов раяеи элементарному заряду е. Масса мюонав (оценивается по производимому ими иоиизациапному действию) равна 206,8 ши время х изин !с«- и и -мюонов одинаково и равно 2,2 ° 10 " с.
Исследования изменения интенсивности жесткого компонента вторичного космического излучения с высотой показали, что на меньших высотах потоки мюонав менее интенсивны. Это говорит о том, что мюоны претерпевают самопроизвольный распад, являясь, таким образом, нестабильными частицами. Распад мюонов происходит по следующим схемам: и — о,е+оч„+ото, (270.1) п ~ е+ ос, + ат., (270.2) где ото н оо„— соответственно «мюанные» о онейтрино и антинейтрино, которые, как предположил советский физик Ь. М.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
