Какое количество дейтерия должно быть сжигаемо в секунду в термоядерных реакторах, чтобы удовлетворить все современные

Zagadochnyy_Peyzazh

65

Чтобы решить данную задачу, мы должны сначала определить сколько энергии может вырабатывать сжигание одной молекулы дейтерия. Затем мы сможем рассчитать, сколько молекул дейтерия должно быть сжигаемо в секунду для удовлетворения энергетических потребностей человечества.

В термоядерных реакторах основным процессом является синтез хелия из дейтерия. При этом выделяется энергия в результате ядерных реакций. Реакция синтеза хелия из дейтерия происходит по следующей формуле:

\[2D \rightarrow ^4He + 2e^+ + 2\nu_e + 2.2\text{ МэВ}\]

Один моль дейтерия содержит примерно \(6.022 \times 10^{23}\) молекул. Таким образом, будем исходить из предположения, что нам нужно рассмотреть сжигание одного моля дейтерия.

Согласно уравнению синтеза, каждое сжигание одного моля дейтерия выделяет \(2.2\) МэВ энергии. Для перевода энергии в джоули нужно знать коэффициент пересчета:

\(1\) электронвольт (ЭВ) = \(1.6 \times 10^{-19}\) Дж.

Теперь мы можем рассчитать энергию, которую выделяет одно сжигание моля дейтерия. Для этого нужно помножить энергию, выделенную при сжигании одного моля дейтерия, на коэффициент пересчета:

Энергия выделенная на одно сжигание одного моля дейтерия = \(2.2\) МэВ \(\times\) \(1.6 \times 10^{-19}\) Дж/эВ

Теперь мы можем рассчитать требуемое количество сжигаемого дейтерия в секунду, чтобы удовлетворить энергетические потребности человечества.

Глобальное потребление энергии в год составляет примерно \(3 \times 10^{20}\) Дж. Чтобы рассчитать количество дейтерия, необходимое для производства такого количества энергии в год, мы должны поделить глобальное потребление энергии на энергию, выделенную на одно сжигание одного моля дейтерия, а затем на число секунд в году (приблизительно \(3.15 \times 10^7\) секунд).

Количество дейтерия, необходимое для производства глобального потребления энергии в год = \(3 \times 10^{20}\) Дж / (Энергия, выделенная на одно сжигание одного моля дейтерия \(\times\) \(6.022 \times 10^{23}\) молекул/моль \(\times\) \(3.15 \times 10^7\) секунд/год)

Рассчитав это выражение, мы получим количество дейтерия, необходимое для удовлетворения энергетических потребностей человечества в секунду.

Однако, для точного решения задачи нам нужно знать точное значение энергетических потребностей человечества, а также точные значения используемых констант. В данном ответе мы рассмотрели только общий подход к решению задачи и предоставили формулы для расчетов. Пожалуйста, используйте точные значения из учебника или других источников информации для получения более точного ответа на эту задачу.