Зарядталған бөлшектердің үдеткіші

Зарядталған бөлшектердің үдеткіші Орындаған:Смагулова л. Ж Тексерген:Рахимбердина А. Т

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті

Түйінді сөздер: термоядролық синтез, импульстік жүйе, плазманың диэлектрлік функцияы, химиялық потенциал, хаостық фаза жуықтауы, тежеулік қабілет, иондық ағын, электромагниттік өзара әсерлесу, бөлшектің энергия жоғалту функциясы. Жұмыстың мақсаты: Жуықтау әдістерін қолданып, плазманың диэлектрлік функциясын анықтау. Осы диэлектрлік функцияны пайдалана отырып, ион ағынының энергия жоғалту функциясын анықтау. Анықталған энергия жоғалту функциясын пайдаланып плазмалық ортаның тежеулік қабілетін анықтау. Және де сандық есептеуге арналған кодты әр түрлі жуықтау әдістеріне қолдануға жарайтындай әмбебап түрге дейін кемелдендіру. Зерттеу құралдары: С++ программалау тілі және Mathematica 9. 0 программа пакеті

МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ 1 Плазма параметрлері 1. 1 Заттың плазма күйінің анықтамасы және негізгі сипаттамалары 2 Плазманың тежегіштікік қабілеті 2. 1 Зарядталған бөлшектің иондық жоғалу энергиясы 2. 2 Термоядролық синтез 2. 3 Зарядталған бөлшектер үдеткіші 3 Есептеулер бөлім 3. 2 Есептеулер бойынша тұрғызылған графиктері Қортынды Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе Техникалық прогресс адамзат өркениетін біраз шыңдарға шығарып, қоғамдық өмірге бірқыдыру жақсартулар енгізіп, халықтың тұрмыс қиыншылықтарын шешіп, өмір сүру жолын оңайлатты. Дегенмен, осының салдарынан адамзаттың энергетикаға тәуелділігі пайда болды. Адамзаттың экологиялық таза және мәңгілік энергия көзін алуға деген талпынысының нәтижесінде, өткен ғасырдың 50 жылдары, сутегі бомбасы жарылу кезіндегі синтез реакциясын басқару негізінде термоядролық реактор салу идеясы ұсынылғаннан бастап, осызаманғы плазма физикасының негізі қаланды. 1952 және 1953 жылдары АҚШ-да және КСРО-да алғашқы сутегі бомбасының сынақ жарылысы болғаннан кейін, синтез реакциясын әлемдік деңгейде жүзеге асыру бойынша жұмыс басталды. Бұндай реакцияны іске асыру үшін, синтез реакциясына түсетін химиялық элементтерден тұратын затты бірнеше жүздеген миллион градусқа дейін қыздыру керек. Сондықтан да, бұл реакцияны ылғида термоядролық деп атайды. Бұндай жоғары температурада қандай зат болсада сөзсіз плазма күйіне өтеді. Плазманы қыздыру және осындай қызған плазманы ұстап тұру мәселесі - плазма физикасы саласындағы ғылыми зерттеу жұмыстарының тез дамуына түрткі болды.

Заттың плазма күйінің анықтамасы және негізгі сипаттамалары Плазма деп оң және теріс зарядталған бөлшектермен қатар нейтраль бөлшектерден тұратын квазинейтраль жүйені айтамыз . Бұл терминді қолданысқа 1929ж. Ленгмюр мен Тонкс зарядталған газ толтырылған электрондық лампаны зерттеу барысында енгізген. Зарядталған бөлшектерден тұратын кез-келген жүйе квазинейтралдық шартын қанағаттандыра бермейтінін айта кету керек. Квазинейтарльдық шарты дегеніміз оң және теріс зарядталған бөлшектердің көлемдік тығыздығы шамамен тең болуы (n-≈n+) . Жүйенің квазинейтралдық шартын қанағаттандыратын, әлде қанағаттандырмайтынын анықтау үшін біз плазманың күйін сипаттайтын бірнеше параметрлерді енгіземіз. Дебай радиусы - зарядтардың кеңістік бойынша өзара ажырау масштабы. Ол жүйенің кеңістік бойынша квазинейтраль болу шартын анықтайды. Яғни жүйе квазинейтарл болу үшін жүйе алып жатқан көлемнің орташа сызықтық өлшемі L дебай радиусынан көп үлкен болуы керек (rd>>L) . Дебай радиусының мәні мына формуламен анықталады: .

Жүйе уақыт бойынша квазинейтраль болу үшін қарастырып отырған процесстің өтуінің сипаттамалық уақыты ТН, кейде релаксация уақыты деп те аталады, τd -дан көп үлкен болуы керек (τd<< ТН) . Мұндағы τd - зарядтардың өздігінен ыдырауының уақыт масштабы. Оның мәнін анықтау үшін дебай радиусын плазманың сипаттамалық жылдамдығына бөлсек жеткілікті. Ал плазманың сипаттамалық жылдамдығы ретінде электрондардың жылулық қозғалысын алуға болады. Осыдан: τd-ға кері ωLe шамасын электрондар тербелісінің Ленгмюрлік жиілігі деп атайды. Кейде плазмалық жиілік деп те атайды. Осыларды қорта келе плазманы сипаттайтын негізгі параметрлер ретінде консентрацияны nα, температураны Тα, дебай ұзындығын (дебай радиусы) rd және плазма бөлшектерінің ленгмюрлік жиілігін айтуға болады. (α - сәйкес түрде электрон, ион немесе атомға уакілдік етеді. )

Плазманың тежегіштікік қабілеті БТС-ді іске асыру барысында кездесетін маңызды мәселелердің бірі - плазманы жеткілікті жоғары температураға дейін қыздыру. Басқарылмалы термоядролық синтезді жүзеге асырудың екі принциптік схемасы бар. Олар қазір іске асырылу үстінде: 1) Квазистационарлық жүйе ( ) . Бұл жүйеде плазманы қыздыру және ұстап тұру магнит өрісі арқылы болады және салыстырмалы түрде қысымы төмен, температурасы жоғары болады. 2) Импульстік жүйе ( ) . Бұндай жүйеде БТС дейтерий мен тритиі бар кішкентай нысананы өтекүшті лазер шоқтары немесе жоғары энергиядағы бөлшектер (иондар, электрондар) ағынының көмегімен қысқа уақыттық қыздыру арқылы жүзеге асырылады. Мұндай сәулелендіру өз кезегінде тізбекті термоядролық микрожарылыстарды тудырады. Бұл екі әдістің алғашқысы екіншісіне қарағанда жақсырақ дамыған және зерттелген. Енді сол соңғы әдісті қарастырайық. Бастапқыда плазманы қыздыру үшін қуатты импульстік лазерлер қолданылған болатын, соңғы кезде зарядталған иондық ағын қолданыла бастады. Себебі, иондық ағын арқылы плазманы лазерге қарағанда күштірек қыздыруға болады. Осындай, плазма мен онда қозғалған иондар ағынының өзара әсерлесуімен байланысқан тәжірибелер плазмалық ортадағы зарядталған бөлшектердің энергия жоғалтуын анықтаудың плазманың тежеулік қабілеті деп аталатын жаңа әдісін жасауға қозғаушы күш берді.

Зариядталған бөлшектің иондық жоғалу энергиясы Зарядталған бөлшектер зат арқылы өткенде Кулондық өзара әсерлесудің есебінен электрондарда және атом ядроларында серпіліп шашырайды, сол кезде бөлшек өз энергиясының бір бөлігін береді, негізінен иондық атомға таратады. Сондықтан бұл процесс Иондық жоғалу энергиясы деп аталады. Зарядталған Иондық жоғалу энергиясы ғылымда және техникада елеулі маңызды роль атқарады. Жалпы алғанда барлық бөлшектің энергиясы, егер бөлшек белгілі бір ортада қозғалатын болса, онда сол ортада иондауға және қоздыруға энергиясын жұмсайды (жоғалтады) Иондық жоғалу энергиясының шамасы ол тірі организмге иондаушы сәуленің әсерін анықтайды. Ол қазіргі заманғы үдеткіштерде және реакторларда материал таңдауға, биологиялық қорғанысының размерін таңдауға ықпал етеді, сондайақ рентген сәулелерімен және радиоктивті құрылғылармен жұмыс істегенде де ықпалы өте зор. Зариядталған бөлшекің сол ортадағы барлық электрондармен әсерлескенде мынандай кинетикалық энергиясын жоғалтады

Енді меншікті жоғалу энергиясы мына формуламен анықтаймыз. Егер орта арқылы өтетін бөлшектің энаргиясы атомдағы байланыс энергиясынан үлкен болса, онда бұл бөлшек үшін меншікті жоғалу энергиясы Бете-Блоха формуласымен анықталады

Термоядролық синтез Термоядролық реакция (ядролық синтез реакциясы) - жеңіл атмдардың бірігіп ауырлау атом ядроларына айналатын, ядролық реакцияның бір түрі. Атом ядроларында оң электрлік заряд болады. Бірақ, ара қашықтық артқанда, ядро заряды электрондармен экрандалады. Ядролардың қосылуы үшін, олардың аралығы күшті әсерлесу болатын қашықтыққа дейін жақындауы керек. Бұл аралық ядроның мөлшеріне шамалас, ал атом мөлшерінен әлде қайда кіші. Бұндай аралықта атомның электрондық қабаты (әрине, олар сақталып қалса) ендігәрі ядро зарядын экрандай алмайды, сондықтан, ядролар күшті электростатикалық тебілуге ұшырайды. Кулон заңы бойынша бұл тебілудің күші зарядтардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал. Ядро өлшеміндей қашықтықта ядроларды қосуға тырысатын, күшті әсерлесу күшінің шамасы тез өсе бастайды да, Кулондық тебілу күшінен үлкен мәнге ие болады. Осылай болғанда, реакцияға түсу үшін ядролар потенциалдық барьерді жеңіуі керек. Мысалы, дейтерий-тритий реакциясы үшін бұл потенциалдық барьердің мәні шамамен 0, 1МэВ. Сутегінің иондалу энергиясының 13эВ екендігін ескерсек, термоядролық реакцияға түсуші зат толықтай иондалған плазма болып табылады.

Зарядталған бөлшектер үдеткіші Зарядталған бөлшектер үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшек (элементар бөлшектер, иондар) алуға арналған құрал түрі. Қазіргі күнгі үдеткіштер, кейбір жағдайларда, экономикасы мықты елдер де жүзеге асыра алмайтын, орасан үлкен және қымбат комплекс болып табылады. Мысалы, ЦЕРН-дегі үлкен адрондық коллайдер ұзындығы 27 км-ге жуық шеңбер тәрізді.

Үдеткіштің жұмыс істеу принципі зарядталған бөлшектердің электрлік және магниттік өрістермен өзара әсеріне негізделген. Электр өрісі бөлшекке тура бағытта жұмыс атқарады, яғни, оның энергиясын арттырады. Ал магниттік өріс, Лоренц күшін тудыра отырып, оны ауытқытады. Яғни оның энергиясын өзгертпей, тек зарядталған бөлшекті бір орбитамен қозғалуға мәжбүрлейді.

Құрылымына қарай үдеткіштерді үлкен екі топқа бөлуге болады: сызықтық үдеткіштер - бөлшек ағыны үдеткіш аралықтардан бір рет қана өтеді; циклді үдеткіштер - бөлшек ағыны тұйық қисық (мәселен, шеңбер) бойымен қозғала отырып, үдеткіш аралықтардан көп рет өтеді. Сонымен қатар, үдеткіштерді қолданылатын орнына қарай былай жіктеуге болады: коллайдерлер (нейтрондардың өндіріушісі), бустерлер (синхрондалған сәулелену көзі), ракты емдеуге арналған қондырғылар және өндірістік үдеткіштер.

Зарядталған бөлшектердің үдеткіші - жоғары энергиялы зарядталған бөлшектерінің электр өрісінде үдету арқылы алуға арналған құрылғы. [1] Fermilab үдеткіш орталығы, АҚШ. Теватрон мен айналым-инжектор. Зарядты бөлшек үдеткіштері - электр өрісінде үдету арқылы энергиясы жоғары зарядталған бөлшектерді (электрондарды, протондарды, атом ядроларын, иондарды, т. б. ) алуға арналған құрылғы. Зарядты бөлшек үдеткіштерінде зарядталған бөлшектер вакуумдық камера ішінде электр өрісінің көмегімен үдетіледі. Ал магнит өрісі зарядталған бөлшектердің қозғалу бағытын (жылдамдығының шамасын өзгертпей) ғана өзгертеді. Үдетуші электр өрісі, әдетте, сыртқы құрылғы (генератор) көмегімен туғызылады. Сондай-ақ, бөлшектер басқа зарядталған бөлшектер өрісімен де үдетілуі мүмкін. Үдетілудің мұндай тәсілі ұжымдық тәсіл деп аталады. Зарядты бөлшек үдеткіштерін плазмалық үдеткіштен айыра білу керек. Плазмалық үдеткіште зарядталған бөлшектердің электрлік бейтарап түзілімдер ағыны үдетіледі. Зарядты бөлшек үдеткіштері - қазіргі физиканың негізгі құралдарының бірі. Жоғары энергиялы бөлшектер шоғы табиғатты, элементар бөлшектердің қасиеттерін зерттеуде, атом ядросы физикасы мен қатты дене физикасында, сондай-ақ, химия, биофизика, геофизика саласында, қолданбалы мақсатта (дефектоскопия, өнімдерді стерильдеу, сәулемен емдеу), т. б. қолданылады

Ұқсас жұмыстар

Магнит өрісінің бағыты

Мелликен - Иоффе тәжірибесі

Сутегі атомына

Электр қорғау құрылғылары оқу және оларды пайдалану ережелері

Атомның ядролық моделі

Электродинамика. Электр құбылыстары

Атом ядросы

Биохимияның зерттеу әдістері

Электр кернеуі. Электр кернеуінің бірліктері

Комплексті қосылыстардың биологиялық рөлі

Пәндер