Файл: Плазма и управляемые термоядерные реакции библиография..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.11.2024

Просмотров: 13

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

н о в о е

В Н 1 У К Е и ТЕХНИКЕ

Плазма и управляемые термоядерные реакции

Рекомендательный

обзор

литературы

016:5 У 77

Успенская Г. В.

м

вж

Плазма и управляемые термоядерные реакции. Рек. обзор литературы. М., «Книга», 1970.

16 с. (Гос. б-ка СССР им. В. И. Ленина. Новое в науке и технике).

Аннотированный позор литературы содержит книги и статьи, рас­ сказывающие о физических процессах, происходящих в плазме, о том, как она может быть использована в различных отраслях науки и тех­ ники. Особое внимание уделено проблеме овладения управляемой термо­

ядерной реакцией, перспективам, которые она открывает. Обзор пред­ назначается для читателей, со средним образованием, в первую очередь

для молодежи.

016: 5+ 530.3

Составитель

Г. В. Успенская

Редактор

Я. С. Колесникова

 

1

Новое

Государственная

в науке

ордена Ленина

и технике

библиотека СССР

 

 

имени В. И. Ленина

Плазма и управляемые

термоядерные

реакции

Рекомендательный обзор литературы

Еще на заре развития науки человек пытался раскрыть тайну строе­ ния материи. Ученые Древней Греции считали, что мир построен из четырех элементов или стихий: земли, воды, воздуха и огня. Сме­ нялись века. Научные представления, развиваясь, прошли сложный путь. Но, как ни странно, четыре стихии древних греков, по суще­ ству, признаются и современной физикой. Только называются они иначе — агрегатными состояниями вещества. Нетрудно догадаться, что земле соответствует твердое, воде — жидкое, воздуху — газо­ образное состояние.

А что соответствует огню? Если газ разогреть до такой степени, что он будет состоять из оторвавшихся от ядра электронов и поло­ жительно заряженных ионов — мы получим четвертое состояние вещества — плазму.

Когда ученые обнаружили ее существование, выяснилось также, что мы живем в плазменной Вселенной.

В недрах Солнца и звезд идет непрерывный процесс превраще­ ния одних веществ в другие. Этот процесс сопровождается колос­ сальным выделением энергии. Ее назвали термоядерной. Темпе­ ратура внутри Солнца превышает тринадцать миллионов градусов.


2

Другие звезды раскалены еще больше. Вещество при такой темпера­ туре может существовать только в виде плазмы, которая очень плотна и весит в несколько раз больше, чем свинец. Если мы пред­ ставим себе гигантские весы, на одной чаше которых находится плазма Солнца, а на другой все остальное — планеты, астероиды, метеориты, космическая пыль и т. д., весы эти никогда не уравно­ весятся, потому что масса Солнца в 99 раз больше массы всей сол­ нечной системы. Значит, в плазменном состоянии находится большая доля вещества солнечной системы. Этот вывод справедлив и для Галактики — той части Вселенной, к которой относится наша сол­ нечная система.

Но плазма находится не только в космосе. С нею мы встреча­ емся и на Земле. Ионизированные газы присутствуют в любом пла­ мени. Правда, в пламени свечи керосиновой лампы немного ионов. Но в пламени газовой сварки, яри сгорании смеси в цилиндрах двигателя автомобиля, в ракетных и реактивных двигателях мы име­ ем дело уже с плазмой, содержащей большое количество заряжен­ ных частиц. Ее возникновение неизбежно и при мощных взрывах, например, при взрыве атомной бомбы.

Человек сам научился создавать плазму и, более того, пытается получить с ее помощью огромное количество энергии.

Поиски новых видов энергии, связанных с использованием атом­ ных и термоядерных реакций, составляют одно из важнейших на­ правлений современной научно-технической революции. На пути к осуществлению этой задачи стоит решение одной принципиальной идеи — создание такого магнитного поля, в котором высокотемпера­ турная плазма могла бы находиться в устойчивом состоянии. Плаз­ ма представляет собой вещество, которое стремится уменьшить напряженность магнитного поля, выталкиваясь в сторону более слабого поля. В результате плазма «выбрасывается» на стенки ка­ меры, охлаждается и гибнет.

Приручить эту звездную материю, оказывается, очень непросто. Тысячи энтузиастов — математики, физики-теоретики и эксперимен-

*

3

таторы, инженеры, конструкторы, изобретатели и рабочие ищут сред­ ства для успешной борьбы с неустойчивостями и потерями энергии,

.на стенки объема, в котором'заключена плазма.

После того как физики изучили удивительные свойства плазмьгг открылись широкие перспективы использования ее в науке и тех­ нике.

Одна из главных проблем, поставленных перед исследователями плазмы, — это создание своего солнца на Земле, т. е. получение управляемой термоядерной реакции, подобной той, что происходит на нашем дневном светиле.

В отличие от обычных атомных электростанций, не­ пременным спутником которых являются радиоактив­ ные отходы и проблема их удаления и хранения, в термоядерных реакторах радиоактивных продуктов реакции не будет.

Исключительно интересна, также задача разработки методов непо­ средственного превращения тепловой энергии в электрическую, в частности, с ¡помощью плазменного МГД-генератора (магнито-гид­ родинамический генератор).

Изучение овойств ¡плазмы подсказало идею создания плазменной пушки, из которой можно выстреливать сгустки плазмы со скоростью до 100 км/сек., что в десятки раз превышает скорости космических ракет. На этой основе можно сделать и плазменный двигатель.

В обзоре представлена литература, рассказывающая о большом круге проблем, связанных с изучением плазмы и стремлением учет­ ных поставить «капризное» звездное вещество на службу человеку.

Знакомство с этими проблемами лучше всего начать с книги!

Рыдник В. И.

Четвертое состояние вещества. М., «Сов. Россия», 1962. 102 с. с илл.

Эта книга о рождении и жизни плазмы. Атом состоит из нахо­ дящегося в центре положительно заряженного ядра и располагаю-


4

щейся вокруг ядра очень подвижной оболочки из отрицательно за­ ряженных электронов. Атом в целом является нейтральным, и все его электроны одинаковы, но находятся они в разных условиях. Внешние, наиболее далекие от ядра электроны очень подвижны и для того, чтобы улететь из атома, им надо передать небольшое коли­ чество энергии. А вот чтобы вырвался на свободу электрон из глу­ бины атома, ему надо передать довольно значительную энергию, и не по частям, а сразу.

Допустим, мы взяли сосуд с газом и начали подогревать. Дви­ жения атомов газа становятся все более энергичными, они чаще и сильнее сталкиваются друг с другом, и эти столкновения отрывают все больше электронов с атомных оболочек. Число свободных элек­ тронов быстро растет. Электроны, находящиеся в глубине атомов, тоже получают дополнительную энергию. Но она еще слишком ма­ ла, чтобы электроны могли покинуть атом. Приобретая некоторую энергию при столкновении, они способны лишь перепрыгнуть в слой поближе к «выходу» из атома. Столкновения пока еще не настолько часты, а ядро втягивает электрон обратно в тот слой, который он занимал раньше. Энергию же, которую электрон приобрел перед прыжком к выходу из атома, он унести с собой не может и вынуж­ ден ее отдать. Эта энергия излучается атомом в виде фотона — частицы света. В результате при определенном повышении темпера­ туры газ начинает светиться. С этого момента физики начинают условно считать газ плазмой.

Продолжаем поднимать температуру газа. Все больше и больше внешних электронов покидают атомы, все чаще и чаще внутренние электроны покидают орбиты. Красноватое вначале свечение газа приобретает голубые цвета, становится ослепительно ярким.

Но постепенно яркость свечения атомов плазмы снижается — слишком мало электронов остается на положительно заряженных, лишенных многих электронов атомных ядрах — ионах. И, наконец, свечение прекращается: все электроны покинули свои атомы, оставив дишь несветящиеся,- совершенно оголенные ядра, бешено носящиеся

»

5

в сосуде и сталкивающиеся друг с другом. Мы получили полностью ионизированный газ, «идеальную» плазму с температурой порядка десяти миллионов градусов.

Автор рассказывает обо всем этом, не пользуясь ни единой формулой.

В следующей книге изложены основные идеи физики плазмы как на основе модели непрерывной проводящей среды (магнитная гид­ родинамика), так и посредством рассмотрения движения отдельных заряженных частиц и их столкновений (физическая кинетика).

Франк-Каменецкий Д. А.

Плазма — четвертое состояние вещества. Изд. 3-е. М., Атомиздат, 1968. 160 с. с илл. (Науч.-попул.

б-ка).

Впредисловии автор пишет: «Книга не предназначена для лег-! кого чтения. Мы рассчитываем на читателя, для которого знакомст­ во с плазмой не должно быть мимолетным. Надеемся, что он захочет продолжить и углубить его, обратившись к более специальной лите­ ратуре. Поэтому мы не избегали не только простых формул, но и важнейших специальных терминов». ■

Арцимович Л. А.

Элементарная физика плазмы. Изд. 3-е. М., Атомиз­ дат, 1969. 191 с. с черт.

Автор изложил основные вопросы физики плазмы так, чтобы они могли быть понятны читателям с запасом знаний по матем-атике и физике, соответствующим курсу средней школы.

«В книге излагаются не только готовые результаты анализа раз­ личных плазменных процессов, но обычно также и пути подхода к этим результатам, потому что, только познакомившись с ними, мож­ но по-настоящему понять физический смысл явлений», — такими словами предваряет свою книгу академик Л. А. Арцимович.

Далее он освещает основные положения теории плазмы и рас­


6

крывает перспективу ее применения для получения термоядерной энергии и прямого преобразования тепла в электричество (в МГДгенераторах), а также сообщает о некоторых возможных примене­ ниях плазменных процессов в технике близкого и далекого буду­ щего.

Как же изучают плазму? Ведь человеческий глаз не в состоянии зафиксировать картину событий, длящихся тысячные или миллион­ ные доли секунды. Здесь помогают сверхбыстродействующие фото­ аппараты, осциллографы и другие приборы. Фотоаппараты, снаб­ женные быстро вращающимися зеркалами и электровзрывающимися затворами, позволяют делать снимки с выдержками всего в одну пятимиллионную долю секунды. За время образования плазмы та­ ким фотоаппаратом можно сделать десятки снимков и хорошо изу­ чить ее «биографию».

Наиболее полно вопросы диагностики (изучения) плазмы осве­ щены в книге:

Балабанов Е. М.

Солнце на Земле. Рассказы об атоме, атомном ядре и их энергии. Изд. 2-е, доп. М., «Молодая гвардия», 1964. 274 с. с илл.

Автор как бы вводит в творческую лабораторию исследователей, изучающих атом, показывает результаты их огромной работы, рас­ крывает сущность физических процессов, происходящих во время ядерной реакции. Можно ли удержать частицы нагретого газа вмес­ те, чтобы они успели вступить в ядерное взаимодействие раньше, чем отдадут свою энергию в столкновениях с другими «холодными» частицами? Как это происходит во Вселенной, на звездах и Солнце? Можно ли осуществить подобную реакцию на Земле? И на эти во­ просы отвечает автор.

Читатель познакомится также с могучим арсеналом средств атомной техники — от счетчиков и камер для регистрации отдель­ ных элементов до гигантских ускорителей и ядерных реакторов. Не­

»

7

мало страниц посвящено возможности использования термоядерной анергии в промышленности и сельском хозяйстве.

В связи с повышенным интересом исследователей к плазме про­ исходит быстрое развитие методов и экспериментальных средств изучения ее основных параметров и особенностей.

О методах диагностики плазмы с помощью оптических кванто­ вых генераторов-лазеров рассказано:

Лободенко В. И.

Лазерные методы диагностики плазмы. М., «Знание», 1969. 46 с. с черт.

«Без сомнения, бурно развивающаяся квантовая электроника в ближайшее время приведет к расширению и углублению лазерных методов диагностики, что позволит решить постоянно возникающие новые задачи в области физики плазмы», — заключает автор.

Научившись получать плазму искусственно, ученые сразу же стали искать пути использования ее необычайных свойств. Интерес­ ный рассказ об этом вы найдете в книге:

Фомин Б. В.

От искры до лазера. Изд. 2-е, доп. М., «Знание», 1967. 160 с. с илл.

Свет... Пожалуй, ни одно физическое явление не имеет такой обширной и драматической истории, какая выпала на его долю. О теориях Кеплера и Ньютона, Гюйгенса и Максвелла, Макса Планка и Эйнштейна узнаете вы, прочитав эту книгу. Основной вопрос, раскры­ ваемый автором, — «световая» деятельность плазмы, обладающей огромной светоотдачей в сравнении с лампой накаливания.

Лучи Солнца — гигантского скопления плазмы, способны изба­ вить людей от многих болезней. Ультрафиолетовые лучи глубоко проникают в организм, оказывая свое благотворное воздействие. Бактерицидные лампы, установленные над входами в кинотеатры, станции метро, клубы, невидимыми лучами плазмы губят целые


8

армии бактерий, разрушая их белок и не давая им размножаться. Ту воду, которую мы ежедневно пьем, «обрабатывают» ультрафиолето­ вым светом. Особенное внимание автор уделяет использованию плаз­ мы в оптических квантовых генераторах — лазерах, с устройством которых читатель также кратко может познакомиться.

Лазеры называют одним из чудес XX века. Световые лучи, рожденные в оптическом квантовом генераторе, обладают удивитель­ ными свойствами. В сотые доли секунды излучение лазера плавит металлы и проделывает отверстия в алмазе и корунде — самых твердых на земле минералах.

Познакомиться с историей создания лазеров, с их устройством и теми перспективами, которые открывает их применение, поможет книга:

Остапченко Е.

Чудесные лучи. М., «Моек, рабочий», 1969. 96 с. с илл.

Автор раскрывает физические процессы, происходящие в атомах, знакомит со свойствами лазерного излучения и основными принци­ пами построения квантовых генераторов. Особое внимание он уде­ ляет устройству и работе широко применяемых оптических генера­ торов — газовых лазеров, работающих на ионизированном газе и используемых в оптических системах связи, в объемной фотогра­ фии (голографии), в локации, при измерении очень больших или очень малых расстояний, в научных исследованиях и т. д.

27 июня 1954 года в Советском Союзе начала работать первая в мире атомная электростанция. Могучая энергия, освобождающаяся из атомных ядер, была покорена нашими учеными и направлена на службу человеку. Сегодня атомная энергетика прочно входит в жизнь человечества. Но разумно ли ограничиться лишь добыванием энергии из самых тяжелых атомов, запасы которых в земных кладо­ вых хотя и довольно велики, но все же не безграничны. В ядерных реакторах выгорает уран-235, которого в природном уране всего

V