Колоссальным источником энергии обладает реакция синтеза атомных ядер – образование из лёгких ядер более тяжёлых. Удельная энергия связи резко увеличивается при переходе от ядер тяжёлого водорода (дейтерия и трития) к ядрам лития и особенно гелия, т.е. реакция синтеза лёгких ядер в более тяжёлые сопровождается выделением огромного количества энергии. Энергия, приходящаяся на один нуклон, в реакции синтеза значительно больше, чем в реакции деления тяжёлых ядер. Синтез лёгких ядер возможен только при сравнительно большой их кинетической энергии, достаточной для преодоления электростатического отталкивания и сближения их на расстояния, при которых проявляются ядерные силы притяжения. Очевидно, энергетически выгоден синтез лёгких ядер с небольшим электрическим зарядом.
Такими ядрами являются изотопы водорода. Однако для осуществления реакции синтеза даже для и изотопов водорода необходима чрезвычайно высокая температура – не менее 107 К, поэтому процесс слияния ядер называется реакцией термоядерного синтеза. В результате синтеза образуются ядра изотопов гелия, нейтроны и выделяется огромное количество энергии.
Искусственная реакция термоядерного синтеза осуществлена впервые в СССР в 1953 г., а затем (через полгода) в США при взрыве водородной (термоядерной) бомбы. Это была неуправляемая реакция синтеза. Взрывчатое вещество водородной бомбы представляет собой смесь дейтерия и трития, а детонатором в ней служит обычная атомная бомба, при взрыве которой достигается высокая температура, необходимая для термоядерного синтеза.
Трудность практической реализации управляемого термоядерного синтеза заключается в том, что он возможен при очень высокой температуре, при которой любое вещество находится в плазменном состоянии, и возникает техническая проблема его удержания в ограниченном объёме. Над решением проблемы управляемого термоядерного синтеза усердно работают учёные многих стран в течение полувека. Один из способов её решения – удержание горячей плазмы в ограниченном объёме сильными магнитными полями. Этот способ предложили наши соотечественники физики-теоретики А.Д. Сахаров (1921–1989), И.Е. Тамм (1895–1971) и другие. Для удержания плазмы создаются сложнейшие в техническом исполнении термоядерные реакторы.
Первый в мире термоядерный реактор – токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) – был построен в 1954 г. в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в Москве. К настоящему времени разработаны более совершенные модификации токамаков не только в России, но и в США, Великобритании, Франции, Германии, Италии, Японии, Китае и других странах.
Прошло более полувека, и несмотря на огромные усилия учёных всего мира, решить проблему управляемого термоядерного синтеза до сих пор не удалось. В последние десятилетия учёные многих стран разрабатывают реактор ИТЭР (международный термоядерный экспериментальный реактор). Он представляет собой громадное сооружение, которое разместится в здании в форме куба с ребром более 70 м, что сравнимо с высотой 20-этажного дома. Ориентировочная стоимость строительства ИТЭР – около 4 млрд долл. Позволит ли он решить проблему управляемого термоядерного синтеза – покажет время. Некоторые учёные выражают сомнения в целесообразности проведения подобных исследований, которые требуют огромных природных и финансовых ресурсов.
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 12-е изд. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн. М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 3-е изд. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков Степан Харланович
