Термоядерная энергия

Одним из перспективных источников получения электричества является освоение термоядерной энергии, т.е. энергии трития и дейтерия, содержащихся в неисчерпаемых количествах в воде океанов.

Во время химической реакции изменяются электронные оболочки атомов. В результате ядерной реакции иным становится строение атомного ядра – гораздо более прочного, чем атом. Поэтому при распаде тяжелых ядер (в реакции деления) или, наоборот, при слиянии легких (в реакциях синтеза), когда образуются ядра элементов средней массы, выделяется огромное количество энергии.

Например, при делении одного атома урана – реакции, используемой для получения энергии в современных атомных станциях, - выделяется около 1 МэВ энергии на каждый нуклон. (Нуклонами называют протоны и нейтроны, являющиеся составными частями ядер атомов.) В ходе реакции дейтерия D (тяжелого водорода, атом которого содержит в ядре нейтрон n) с протоном p синтезируется изотоп гелий-3, излучается γ-квант и выделяется примерно 5 МэВ энергии на один нуклон, т.е. в 5 раз больше (см. ниже «Термоядерные реакции»):

₁D² + p → ₂He³ + γ.

В природной воде один атом дейтерия приходится на 7 тыс. атомов водорода, но дейтерия, содержащегося в стакане воды достаточно, чтобы произвести столько же энергии, сколько можно получить при сгорании бочки бензина. В Мировом океане 4·10¹³ т дейтерия; его хватит всем жителям Земли на 4 тыс. лет.

Еще больше энергии выделяется в реакциях сверхтяжелого изотопа водорода – трития Т, в ядре которого два нейтрона:

₁T³ + p → ₂He⁴+ γ + 19,7 МэВ

₁T³+₁D² → ₂He⁴ + n + 17,6 МэВ

Трития в природе нет, но в достаточных количествах его можно получить в атомных реакторах, воздействуя потоком электронов на атомы лития:

n + ₃Li⁷ → ₂He⁴ + T

Однако осуществить эту реакцию весьма непросто: она начнется лишь в том случае, если ядра атомов сблизятся настолько, что возникнут силы ядерного притяжения (так называемого сильного взаимодействия). Это расстояние на пять порядков меньше размеров атома, и, пока электроны остаются на своих орбитах, они не позволят ядрам атомов сблизиться. Да и сами ядра до начала сильного взаимодействия расталкиваются кулоновскими силами.

В настоящее время ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонны нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю и, при использовании их, в частности при сгорании, высвобождать все больше и больше углекислого газа, приближая нашу родную планету и все человечество к погибели от природных катаклизмов, являющиеся следствием глобального потепления.

Человечество стало перед серьезной проблемой нехватки энергии. Один из путей решения этой проблемы мы видим в «нетрадиционных» видах получения электроэнергии. Мы считаем, что уже скоро мы будем использовать их, повысив их эффективность и поборов их дороговизну.

Энергетика связана буквально со всем, и все тянется к энергетике, зависит от нее. Поэтому энергохимия, водородная энергетика, энергия воды, ветра, геотермальная энергетика, космические электростанции, энергия, находящаяся в кварках, «черных дырах», вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать Завтрашним Днем Энергетики.