Физика 11 класс урок по теме Термоядерный синтез» Трубичкина Л.С

Урок физики в 11 классе
по теме «Термоядерный синтез»

Цели урока:
1. Проверить знания учащихся на основе выполнения работ тренирующего типа, индивидуальной работы с тестовыми заданиями.
2. Ввести понятия: термоядерные реакции, реакция синтеза легких ядер, термоядерный синтез, управляемый термоядерный синтез.
3. Формировать целостную систему ведущих знаний по теме и курсу, выделив мировоззренческие идеи.
4. Воспитание чувства патриотизма по отношению к своей стране.
5. Развивать интерес к предмету;
6. Развивать в детях стремление к овладению знаниями, к поиску интересных фактов.
Ход урока.
1. Организационный момент
Целый мир охватив от Земли до небес,
Всполошив не одно поколение,
По планете шагает научный прогресс,
Что несет нам его проявление?
2. Актуализация прежних знаний:
1. Физический диктант.
А) Чем вызывается деление тяжёлых ядер?
( “Бомбардировкой нейтронов”).
Б)Что образуется при делении тяжёлых ядер? ( “Ядра меньшей массы из середины таблицы Менделеева и 2-3 нейтрона”).
В) Чем сопровождается деление тяжёлых ядер?(“Выделением энергии”).
Г) В чем причина выделения энергии?
( “Энергия связи ядер-продуктов реакции оказывается больше чем у делящегося ядра).
2. Тестовые задания.
а) Какие частицы излучаются при указанном процессе распада
A. ядро гелия. B. электрон. C. протон и электрон.
б) В результате α - распада новый элемент занял место в таблице Менделеева:
A. на одну клетку правее. B. на одну клетку левее. C. на две клетки левее.
в) Протактиний α – радиоактивен. Определите какой элемент получится в результате этого распада?
A. B. C.
г) В какой элемент превратится после двух β – распадов и одного α – распада?
A. B. C.
Закончили работу и я, прошу, вас обменяться работами, как это мы обычно делаем, берем в руки карандаш и проверяем работу.
3. Термоядерный синтез
Реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии, называется термоядерной реакцией.
Для слияния необходимо, чтобы расстояние между ядрами приблизительно было равно 0,000 000 000 001 см. Однако этому препятствуют кулоновские силы. Они могут быть преодолены при наличии у ядер большой кинетической энергии. Особенно большое практическое значение имеет то, что при термоядерной реакции на каждый нуклон выделяется намного больше энергии, чем при ядерной реакции, например, при синтезе ядра гелия из ядер водорода выделяется энергия, равная 6 МэВ, а при делении ядра урана на один нуклон приходится 0,9 МэВ.(слайд)
“ Термоядерный синтез—реакция , в которой при высокой температуре из лёгких ядер синтезируются более тяжёлые”.
Трудности реализации термоядерных реакций: ядра надо сблизить на расстояние, равное радиусу действия ядерных сил r~10-14м, чтобы между ними возникло сильное (ядерное) взаимодействие и началась ядерная реакция. Этому противодействует кулоновское отталкивание ядер, для преодоления которого нужно сообщить ионам большую скорость, что можно сделать, повысив температуру плазмы:

Учитывая, что максвелловское распределение по скоростям предполагает наличие определённого числа частиц, скорости которых значительно превышает среднюю квадратичную скорость, а также некоторые квантовые свойства микрочастиц (туннельный эффект), удалось показать, что термоядерные реакции начнутся и при более низких температурах, порядка 107К.
Далее рассматрим условия, при которых могут быть реализованы столь высокие температуры:
1. Высокая температура возникает при взрыве урановой или плутониевой бомбы, что может быть использовано для возбуждения термоядерной реакции. Это используется в водородной бомбе, где за счёт взрыва урановой оболочки смесь трития и дейтерия сильно разогревается и сжимается, что порождает взрыв.
2. Управляемая термоядерная реакция может быть создана путём сжатия и термоизоляции дейтериево-тритиевой плазмы стационарным или импульсным магнитным полем. В настоящее время учёными ведутся интенсивные исследования в области управляемых термоядерных реакций.
3. Такие условия существуют в недрах Солнца и звёзд.(слайд)
Энергетический кризис стал реальной угрозой для человечества. В связи с этим ученые предложили добывать изотоп тяжелого водорода - дейтерий - из морской воды и подвергать реакции ядерного расплава при температурах около 100 миллионов градусов Цельсия. При ядерном расплаве дейтерий, полученный из одного килограмма морской воды будет способен произвести столько же энергии, сколько выделяется при сжигании 300 литров бензина

Управляемая термоядерная реакция.
Управляемая термоядерная реакция - энергетически выгодная реакция. Однако она может идти лишь при очень высоких температурах (порядка несколько сотен млн. градусов). При большой плотности вещества такая температура может быть достигнута путем создания в плазме мощных электронных разрядов. При этом возникает проблема - трудно удержать плазму. Самоподдерживающиеся термоядерные реакции происходят в звездах.
В настоящее время в России и ряде других стран ведутся работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции.
ТОКАМАК
(тороидальная магнитная камера с током) (слайд)
– это электрофизическое устройство, основное назначение которого – формирование плазмы, что возможно при температурах около 100 млн. градусов, и сохранение её достаточно долгое время в заданном объеме. Возможность получения плазмы при сверхвысоких температурах позволяет осуществить термоядерную реакцию синтеза ядер гелия из исходного сырья, изотопов водорода (дейтерия и трития). В ходе реакции должна выделяться энергия, которая будет существенно больше, чем энергия, затрачиваемая на формирование плазмы.
Основы теории управляемого термоядерного синтеза заложили в 1950 году И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров, предложив удерживать магнитным полем горячую плазму, образовавшуюся в результате реакций.
Эта идея и привела к созданию термоядерных реакторов - токамаков. При большой плотности вещества требуемая высокая температура в сотни млн. градусов может быть достигнута путем создания в плазме мощных электронных разрядов. Проблема: трудно удержать плазму.
Современные установки токамак - не термоядерные реакторы, а исследовательские установки, в которых возможно лишь на некоторое время существование и сохранение плазмы. Наиболее мощный современный ТОКАМАК, служащий только лишь для исследовательских целей , находится в городе Абингдон недалеко от Оксфорда. Высотой в 10 метров, он вырабатывает плазму и сохраняет ей жизнь пока всего лишь около 1 секунды.
4. дом задание §87. подготовить сообщение «Холодный ядерный синтез».
5. Закрепление
Рассмотрим вопросы на стр. 381 (работаем с учебником) не надо воды на конкретный вопрос конкретный ответ.
6. Итог урока
Итак, вы уже знаете, что возможны два способа получения ядерной энергии: осуществление ядерной цепной реакции деления тяжелых ядер или термоядерной реакции синтеза легких ядер.
Необходимо подчеркнуть, что данная тема не ограничивается вопросами, рассмотренными в рамках урока . Термоядерный синтез — процесс, обуславливающий эволюцию Вселенной и перспективная надежда современной энергетики.