Какое количество дейтерия необходимо сжигать каждый год в термоядерном реакторе, чтобы обеспечить годовую потребность
Какое количество дейтерия необходимо сжигать каждый год в термоядерном реакторе, чтобы обеспечить годовую потребность в энергии в размере около 3*10^20 Дж?
Fontan 17
Для решения данной задачи нам потребуется знание некоторых физических и химических законов. Давайте приступим к ее решению.Сначала вспомним, что термоядерная реакция, происходящая в реакторе на основе дейтерия (изотоп водорода) и трития (изотоп водорода), является основным источником энергии в звездах. В результате этой реакции образуется гелий и высвобождается огромное количество энергии.
Для определения количества дейтерия, необходимого для обеспечения годовой потребности в энергии, нам нужно рассчитать энергию, выделяющуюся в результате сжигания данного количества дейтерия.
Энергия, выделяющаяся при сжигании данного изотопа, можно рассчитать, зная, что при каждой реакции слияния одного ядра дейтерия с одним ядром трития выделяется примерно 17.6 МэВ энергии.
Далее, нам необходимо узнать, сколько реакций слияния дейтерия и трития должно произойти для того, чтобы накопить годовую энергию в размере \(3 \cdot 10^{20}\) джоулей.
Для этого воспользуемся следующей формулой:
\[E_{\text{год}} = N \cdot E_{\text{реакции}}\]
где \(E_{\text{год}}\) - годовая энергия, \(N\) - количество реакций слияния дейтерия и трития, \(E_{\text{реакции}}\) - энергия, выделяющаяся при каждой реакции.
Выразим отсюда количество реакций:
\[N = \frac{E_{\text{год}}}{E_{\text{реакции}}}\]
Теперь, подставим известные значения:
\[N = \frac{3 \cdot 10^{20}}{17.6 \cdot 10^6}\]
Вычислим:
\[N = \frac{3 \cdot 10^{20}}{17.6 \cdot 10^6} \approx 1.70 \cdot 10^{13}\]
Таким образом, для обеспечения годовой потребности в энергии, около \(1.70 \cdot 10^{13}\) реакций слияния дейтерия и трития должно произойти каждый год. Это же количество ядер дейтерия нужно сжигать в реакторе ежегодно.
Надеюсь, ответ удовлетворяет вашим требованиям, и вы лучше понимаете, как определить количество дейтерия, необходимого для обеспечения годовой потребности в энергии в данной задаче. Если у вас возникнут еще вопросы, не стесняйтесь задавать их.