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  • 国家重大科学工程项目“\(EAST\)超导托卡马克核聚变实验装置”实现了电子温度超过\(5000\)万度、持续时间达\(102\)秒的超高温长脉冲等离子体放电,这是国际托卡马克实验装置上电子温度达到\(5000\)万度持续时间最长的等离子体放电。该成果在未来聚变堆研究中具有里程碑意义,标志着我国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。“\(EAST\)”部分装置的简化模型:要持续发生热核反应,必须把温度高达几百万摄氏度以上的核材料约束在半径分别为\({{r}_{1}}\)和\({{r}_{2}}\)的两个同心圆之间的环形区域内,等离子体只在半径为\({{r}_{1}}\)的圆形区域内反应,环形区域存在着垂直于截面的匀强磁场。假设约束的核聚变材料只有氕核\(({\,\!}_{1}^{1}{H})\)和氘核\(({\,\!}_{1}^{2}{H})\),两个同心圆的半径满足\({{r}_{2}}=\left( \sqrt{2}+1 \right){{r}_{1}}\),只研究在纸面内运动的核子,不考虑核子间的相互作用、中子和质子的质量差异以及速度对核子质量的影响。已知氕核\(({\,\!}_{1}^{1}{H})\)的质量为\(m\),电量为\(q\),内半径\({{r}_{1}}\)。


    \((1)\)两个氘核\(({\,\!}_{1}^{2}{H})\)结合成一个氦核\(({\,\!}_{2}^{3}{He})\)时,要放出某种粒子,同时释放出能量,写出上述核反应方程;

    \((2)\)若氘核\(({\,\!}_{1}^{2}{H})\)的比结合能为\(1.09Mev\),氦核\(({\,\!}_{2}^{3}{He})\)的比结合能为\(7.03Mev\),求以上核反应是吸收能量还是放出能量?为多少\(Mev\)?

    \((3)\)若核聚变材料氕核\(({\,\!}_{1}^{1}{H})\)和氘核\(({\,\!}_{1}^{2}{H})\)具有相同的动能\({{E}_{k}}\),为了约束从反应区沿不同方向射入约束区的核子,求环形磁场区域所加磁场磁感应强度\(B\)满足的条件。

    【考点】牛顿第二定律,核力与结合能,核裂变和核聚变,核反应方程,带电粒子在有界磁场中的运动,向心力
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    难度:较难
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