Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 171
Текст из файла (страница 171)
В конце 1986 г. на этой установке была получена рекордная температура Нейтроны и деление атолен х ядер 2,2 10э К. При увеличении пт в 5 — 10 раз при такой температуре токамак на смеси дейтерия с тритием стал бы работать уже в критическом режиме, когда выделяющаяся термоядерная энергия равна энергии, затрачиваемой на нагрев и удержание плазмы.
На оси плазменного шнура на той же установке достигнута ионная температура 3,3 10 К (29 кэВ). Токамаки — весьма сложные и дорогостоящие установки. Поэтому Советский Союз внес предложение в Международное агентство по атомной энергии (МАГА'!'Э) объединить усилия стран, в которых ведутся работы по УТС, для создания опытного термоядерного реактора. Это предложение было принято. Установка получила название И'ГЭР (Интернациональный термоядерный экспериментальный реактор). Определились участники проскта ИТЭР: СССР, США, Япония и европейские страны — члены Евратома, включая Швецию и Швейцарию, имеющие соглашения с Евратомом в области термоядерного синтеза.
Проект должен быть разработан к концу 1990 г. Проектная группа будет постоянно работать в Институте физики плазмы имени Макса Планка в Гархинге вблизи Мюнхена. Основная задача ИТЭР техническая демонстрация управляемого термоядерного синтеза. Эта установка еще не будет экономически выгодной, но она должна доказать возможность получения и использования в промышленных целях термоядерной энергии синтеза легких элементов. Ее назначение -- стать прообразом будущего реактора термоядерной электростанции. 14.
В заключение рассмотрим вопрос о принципиальной возможности термоядерного реактора, в котором не применяются никакие приспособления для удержания плазмы. Первоначально в вакуумную камеру реакгора вводится смесь дейтерия и трития в твердом (замороженном) состоянии, которая практически мгновенно нагревается до температуры порядка 10" К. Ее пребывание в первоначальном ограниченном обьеме определяется временем разлета плазмы порядка 1/и, где линейный размер рассматриваемого объема, а и средняя скорость частиц плазмы после ее нагревания. Это время и может быть принято за время удержания плазмы в рассматриваемом объеме, которое входит в критерий Х!оусона (98.7).
Таким образом, для зажигания плазмы должно быть п1(и ) Л, откуда (98.10) Приняв для дейтериево-тритиевой плазмы Л = 10'~ см э с и полагая для такой плазмы в твердом состоянии и = 4,5 10тв см з, и = 10" см,1с, получим 1О'" 1Ое 1нин ее 0,2 см = 2 мм 45 10' Давление плазмы непосредственно после ее нагревания будет,'Зэ = 2пИТ вЂ” 2 4,45 10~~ 1,38 .
10 ~е = 10ш дин/см — 10ь атм, если нс учитывать сжатия плазмы в процессе нагревания. После того как совершится термоядерная реакция, оно увеличится примерно еще з 99) Нейтронная оптика 669 в 1000 раз, т.е. достигнет приблизительно 10" атм. Такое повышение давления может быть названо мнкровзрывом, так как оно происходит в объеме ы = 1з - 0,01смз. Если обьем камеры И = 1 мэ 10 смз, а микровзрыв происходит в ее центре, то максимальное давление на стенки камеры будет порядка 10" Ъ'/ы = 10 атм, что при достаточной толщине стенок камеры не представляет опасности.
В действительности при быстром введении энергии в плазму последняя сильно сжимается. Но это сжатие повышает давление плазмы только в месте ее образования, а повышения давления на стенки камеры не произойдет, так как на них действует уже расширившаяся плазма. Очевидно, что такой термоядерный реактор будет импульсным: в рабочую камеру реактора должно периодически вводиться н взрываться в ней термоядерное топливо в виде небольших крупинок.
Трудности создания термоядерного реактора рассмотренного вида не исчезают. Они только переносятся с проблемы удержания плазмы на проблему ее нагрева. Ведь этот нагрев должен быть осуществлен за время, но превосходящее времени разлета плазмы, т. е. быстрее чем за 1н„,/и = 2. 10 "с.
Преодоление указанной трудности идет по двум направлениям. Вопервых, нагревание плазмы до температуры порядка 10" К производится концентрацией лазерного излучения на крупинках термоядерного топлива (Н.Г. Басов (р. 1922) с сотрудниками). Во-вторых, такая же концентрация производится пучками ускоренных релятивистских электронов (Е. К. Завойский (1907-1976) с сотрудниками), а также ускоренных тяжелых ионов.
В обоих направлениях достигнуты заметные успехи, но мы не будем на них останавливаться. 9 99. Нейтронная оптика 1. Волновые свойства нейтронов проявляются тем отчетливее, чем больше длина волны соответствующих им волн де Бройля, т.е. чем меньше нх кинетическая энергия. Напрогив, для нейтронов очень высоких энергий на первый план выступают корпускулярные свойства. В целях краткости волны де Бройля для нейтронов будем называть в дальнейшем просто нейтронны и волнами.
Некоторые характеристики нейтронов приведены в табл. 17. Самыми длинноволновыми являются ультра олодные нейтроны, у которых длина волны лежит в пределах оптической области электромагнитного спектра (длинный ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение). Их скорости не превышают 10 м/с. В поле тяжести Земли свободные ультрахолодные нейтроны движутся по параболам и могут подняться на высоту всего в несколько метров. Тепловые нейтроны характеризуются тем, что их кинетическая энергия порядка йТ, причем температура Т лежит в интервале от нескольких десятков до нескольких тысяч кельвннов.
В общем случае длина нейтронной волны определяется соотношением (99.1) ) Гл. Х1Н Нейтроны и деление атомных ядер 670 Таблица 17 Некоторые характеристики нейтронов Длина ~ Темпера- волны, нм ' тура, К Окорос нсргия, э м7'с Нейтроны 6 10 6 10 з — 2 > 40 40 — 2 2 — 60 60 †10 Быстрые Высокоэнерге- тичныс 10" — 10'е > 10'е < 10 Релятивистские Если р « тс, где т — масса нейтрона,то можно пользоваться нере- лятивистской формулой рз = 2тв,так что Л= (99.2) ъ'2т 1г Здесь Уг означает кинетическую энергию нейтрона. Для быстрых нейтронов эта формула дает еще достаточную точность.
Но для высоноэнергети ееских и в особенности релятивистских нейтронов надо пользоваться релятивистским соотношением (рс) =й „вЂ” (тс ) . Если Учесть, что брел —— й + тсз, то полУчаетсЯ РелЯтивистскаЯ фоР- мула й Л = — — — ' — — —. 5 + 2йтсг (99.3) Общий характер дифракции волн любой природы определяется прежде всего их длиной. В этом отношении, как показывает табл.
17, условия дифракции тепловых и коротковолновых холодных нейтронов примерно такие же, что и для жестких рентгеновских лучей. Дифракция на кристаллах может отчетливо наблюдаться только тогда, когда длина волны порядка или меньше постоянной кристаллической решетки. Понятно, что направления на главные дифракционные максимумы, поскольку они имеют общеволновой характер, определяются одинаково для волн всех видов: рентгеновских, электронных, нейтронных. В частности, для описания дифракции нейтронных волн в кристаллах справедливо условие Врэгга — Вульфа (18.1), т. е.
199.4) 2е1 в|а еэ = тЛ, Ультрахолодные Очень холодные Холодные Тепловые Резонансные Промежуточные <5 10 7 <10 5 10 ~ — 2 10 ~ 10 †2 2 10 ~-5 10 е 200-1000 5 10 е — 10 ' 1000 †45 10 '-10 ~ 10 — 10 Рое Ров 2 — 0,4 0,4 — 0,09 0,09-3 10 ~ З.10 — 1О 10-4 З.1О- ~ 10 -е Го — т з 99) Нейтронная оптика 671 где д — межплоскостное расстояние, ~р — угол скольжения, т = 1, 2, 3,... Нри выполнении этого условия в кристалле происходит так называемое интерференциопное отражение волн, т.е.
усиление волн, отраженных от параллельных атомных плоскостей кристалла (см. т. 1Ъ', 3 34, 61). 2. Существенно отметить, что при Л ) 2д условие (99А) не может выполняться ни при каком угле скольжения. Таким образом, для достаточно длинных волн интерференционное отражение от кристалла невозможно. Но, конечно, как и в световой оптике, возможно обыкновенное, или полное, отражение от граней кристалла.
Для ультрахолодных нейтронов реализуется именно этот случай. Энергия нейтрона, при которой исчезает интерференционное отражение, называется энергией брэгговского скачка. Она различна для различных кристаллов и по порядку величины равна 10 г эВ. Явление брэгговского скачка используется для отфильтровывания холодных нейтронов путем отражения пучка нейтронов от монокристаллов. Строение кристаллов, сплавов, жидкостей, молекул и других обьектов исследуется н рентгенографии и элекгронографин нугем днфракции рентгеновских лучей и электронов. Для исследования кристаллов применяются методы Брэгга, Лауэ и Дебая — Шерера — Хелла (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
