В ходе каждой реакции выделяется энергия. Это и есть энергия Солнца, часть которой достается нам с вами. Но если так происходит на Солнце, почему то же самое не происходит на Земле? Почему находящийся на Земле водород давно не вспыхнул, а Земля не превратилась в небесное светило? Потому что, для того чтобы два протона могли объединиться, они должны подойти друг к другу на достаточно близкое расстояние. А этому мешает электромагнитное отталкивание одноименных электрических зарядов. Что показывают расчеты? Чтобы сблизить два протона и дать им возможность объединиться, нужно затратить 0,7 МэВ энергии, по 0,35 МэВ на каждый протон. Энергии 0,35 МэВ соответствуют 2-Ю9 К.
Как видите, все довольно просто. Нужно взять водород, нагреть его до каких-нибудь 2 млрд. градусов, и готово — началась термоядерная реакция. Термоядерная потому, что реакция объединения ядер протекает при исключительно высокой температуре. Заметьте, необходим только начальный нагрев. Когда реакция началась, выделяющейся при объединении ядер энергии более чем достаточно для поддержания ее. Еще образуется и избыток энергии. Поэтому описанная реакция происходит как взрыв, термоядерный взрыв колоссальной силы.
Итак, не следует без нужды нагревать водород до температуры 2 млрд. градусов. Более подробный анализ показывает, что не надо и 2 млрд. Во-первых, температура определяет среднюю энергию частиц, в данном случае протонов. Если средняя энергия равна некоторой величине, наверняка встретятся частицы с энергией, в несколько раз превышающей среднюю. А нам только и надо, чтобы реакция началась, дальше все пойдет само собой.
Другая причина — туннельный эффект. Один протон может объединиться с другим, «прорыв» себе туннель под потенциальным барьером. Правда, на этот раз туннель будет создаваться не изнутри, а, наоборот, снаружи. Теоретические расчеты говорят, что реакция термоядерного синтеза в водороде начнется уже при температуре 10 млн. градусов Кельвина.
Водородная бомба — самое страшное оружие из всего, что когда-либо было придумано человеком,— устроена очень просто. Некоторое количество смеси дейтерия и трития поджигается взрывом урановой атомной бомбы. Температура поднимается до 10 млн. градусов, а дальше самопроизвольно идет реакция объединения одного ядра дейтерия и одного ядра трития в одно ядро гелия с атомным весом 4. При этом излучается один нейтрон. При такой реакции выделяется 17,7 МэВ энергии, т. е. около 3,5 МэВ на нуклон. Для сравнения скажем, что при делении ядра урана выделяется 0,85 МэВ на нуклон. При этом количество реагирующего вещества ничем не ограничено. Не ограничена и мощность водородной (термоядерной) бомбы.
«Токомак»
Термоядерную бомбу мы описали для того, чтобы выявить особенности протекания термоядерных реакций. Но нас интересуют не бомбы, а различные способы получения энергии, приносящей пользу человеку. Из того, что было сказано, ясно одно: осуществление управляемой термоядерной реакции связано с большими трудностями. Прежде всего в больших количествах водорода или другого термоядерного горючего термоядерная реакция всегда протекает в виде взрыва. Поэтому единовременно в реакции должно участвовать относительно небольшое количество горючего. Но тогда нельзя рассчитывать на самоподдержание реакции, и горючее надо все время подогревать.
Это бы еще полбеды. Энергия, затраченная на подогревание, вернется к нам с лихвой. Хуже другое. Водород, нагретый до температуры в десятки миллионов градусов, не удержишь ни в каком сосуде. Из чего бы ни были сделаны стенки такого сосуда, они мгновенно испарятся. А водород при соприкосновении со стенками охладится, и реакция прекратится.
Посмотрите на экран телевизора. Наверное, все знают, что изображение на экране телевизора «рисует» тончайший пучок электронов. Электроны вылетают из одного раскаленного катода или из трех катодов (у цветной телевизионной трубки). В пучок диаметром несколько долей миллиметра их собирает магнитное поле, образующееся в фокусирующей системе. Эта же идея используется в созданной в нашей стране установке «Токомак» для управляемого термоядерного синтеза. При температуре 100 млн. градусов все атомы теряют свои электроны и водород превращается в плазму, содержащую только заряженные частицы. С помощью магнитного поля эти частицы собирают в пучок или тонкий шнур, который не соприкасается со стенками сосуда. Но электронный пучок в телевизоре в конце концов упирается в экран. Чтобы такого не случилось с электронным шнуром, сосуд, в котором он образуется, имеет форму тора — баранки без начала и без конца. До нужной температуры плазменный шнур нагревается электрическим током. В последнее время начали использовать для разогрева плазмы лазеры, о которых речь пойдет в следующей главе.
