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半个世纪以来,热核聚变的研究一直围绕着一个主题,那就是要实现可控的核聚变反应,造出一个人造太阳,一劳永逸地解决人类的能源危机。在受控核聚变装置中,需要把核反应物质——氘()和氚()“加热”到上亿度而成为等离子体,而这些等离子体无法用通常意义上的“容器”盛装,只能用强磁场来束缚它们。前不久,中国科学家率先建成了世界上第一个可控全超导核聚变实验装置,模拟太阳实现可控的核聚变。


可控全超导核聚变装置从内到外有五层部件构成,比较复杂。现在按下面的简化模型来讨论这个问题:如图所示,设想最关键的环状磁容器是一个横截面为环形的区域:内径为R1,外径为R2,区域内有垂直于截面向里的磁感强度为B的匀强磁场。
(1)该核反应方程式为:_____________________________;
(2)已知氘()、氚()、氦()核、中子()的静质量分别为m1、m2、m3、m4,那么在每一个核反应中释放的能量为多少?(已知光速为C)
(3)若等离子体源恰好放置在环心O点,它能沿半径方向辐射出各种速率的带电粒子,这些带电粒子的最大荷质比为k,不计带电离子的重力,该磁场能够约束住的这些带电粒子的最大速率是多少?
 

科目 物理   题型 综合题   难度 较难
知识点: 常用裂变反应堆的类型
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在匀强磁场和匀强电场中,水平放置一绝缘直棒,棒上套着一个带正电的小球,如图11-3-4示,小球与棒间滑动摩擦因数μ=0.2,小球质量M=1×10-4kg,电量q=2×10-4C,匀强电场水平向右,E=5N/C,磁场垂直纸面向里,B=2T,取g=10m/s2,求:
(1)小球的加速度最大时,它的速度多大?最大加速度多大?
(2)如果棒足够长,小球的最大速度多大?

在大风的情况下,一小球自A点竖直上抛,其运动轨迹如图所示,(小球的运动可看作竖直方向的竖直上抛运动和水平方向的初速度为零的匀加速直线运动的合运动),小球运动轨迹上A、B两点在同一水平直线上,M点为轨迹的最高点,若风力的大小恒定,方向水平向右,小球抛出时的动能为4J,在M点时它的动能为2J,不计其它阻力,求:
(1)小球水平位移S1与S2的比值
(2)小球所受风力F与重力G的比值(结果可用根式表示)
(3)小球落回B点时的动能

如图所示,在y<0的区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于xoy平面并指向纸面外,磁感应强度为B。一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场,入射方向在xoy平面内,与x轴正向的夹角为θ。若粒子射出磁场的位置与O点的距离为l,求该粒子的电量和质量之比q/m及带点粒子在磁场中的运动时间。

如图所示,位于竖直平面内的坐标系xoy,在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B=0.5T,还有沿x轴负方向的匀强电场,场强大小为E=2N/C.在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E=2N/C的匀强电场,并在y>0.4m的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面向里的匀强磁场.一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度,恰好能沿PO作直线运动(PO与x轴负方向的夹角为θ=45O),并从原点O进入第一象限.已知重力加速度g=10m/s2,问:
(1)油滴的电性;
(2)油滴在P点得到的初速度大小;
(3)油滴在第一象限运动的时间和离开第一象限处的坐标值。

如图所示,在倾角为300的绝缘斜面上,固定两条无限长的平行光滑金属导轨,匀强磁场B垂直于斜面向上,磁感应强度B=0.4T,导轨间距L=0.5m,两根金属棒ab、cd与导轨垂直地放在导轨上,金属棒ab和cd的质量分别为m1=0.1kg,m2=0.2kg,电阻分别为r1=0.8W,r2=1.2W,导轨电阻不计.当用沿斜面向上的恒力F拉动金属棒ab匀速向上运动时.金属棒cd恰在斜面上保持静止。(g取10m/s2) 求:
(1)金属棒ab两端的电势差为多大?
(2)F力的功率?
(3)2秒内电路里产生的焦耳热?

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