核聚變能以氘、氚等為燃料,具有安全、潔凈、儲量豐富三大優(yōu)點,是最終解決人類能源危機的最有效手段.
(1)兩個氘核
H結(jié)合成一個氦核
He時,要放出某種粒子,同時釋放出能量,寫出核反應(yīng)的方程.若氘核的質(zhì)量為m
1,氦核的質(zhì)量為m
2,所放出粒子的質(zhì)量為m
3,求這個核反應(yīng)中釋放出的能量為多少?
(2)要使兩個氘核能夠發(fā)生聚變反應(yīng),必須使它們以巨大的速度沖破庫侖斥力而碰到一起,已知當兩個氘核恰好能夠彼此接觸發(fā)生聚變時,它們的電勢能為
(其中e為氘核的電量,R為氘核半徑,ε
0為介電常數(shù),均為已知),則兩個相距較遠(可認為電勢能為零)的等速氘核,至少具有多大的速度才能在相向運動后碰在一起而發(fā)生聚變?
(3)當將氘核加熱成幾百萬度的等離子狀態(tài)時就可以使其獲得所需速度.有一種用磁場來“約束”高溫等離子體的裝置叫做“托卡馬克”,如圖所示為其“約束”原理圖:兩個同心圓的半徑分別為r
1和r
2,等離子體只在半徑為r
1的圓形區(qū)域內(nèi)反應(yīng),兩圓之間的環(huán)形區(qū)內(nèi)存在著垂直于截面的勻強磁場.為保證速率為v的氘核從反應(yīng)區(qū)進入磁場后不能從磁場區(qū)域的外邊界射出,所加磁場磁感應(yīng)強度的最小值為多少?(不考慮速度大小對氘核質(zhì)量的影響)