Термоядерный синтез

Оказывается, что огромная энергия выделяется не только при делении тяжелых ядер, но и при синтезе легких ядер, т.е. когда два легких ядра объединяются в одно более тяжелое (А < 40). Вот примеры таких реакций:

17,6 МэВ; (1)

4,0 МэВ. (2)

Причина выделения энергии в таких реакциях такая же, как и в случае реакции деления. Посмотрим на рис. 27.3: видно, что при А < 40 удельная энергия связи растет с увеличением массового числа. Это означает, что общая энергия связи тяжелого ядра, образовавшегося при слиянии двух легких ядер, больше, чем энергия связи этих легких ядер, при условии, что массовое число получившегося ядра A < 40.

Казалось бы, что стоит запустить, например, реакцию (1)? И дейтерий и тритий в достаточных количествах обеспечить для этих целей можно, но все дело в том, что сблизить положительно заряженные ядра на расстояние ~10^–12–10^–13 см друг от друга очень трудно. Для этого необходимо разогреть смесь, содержащую дейтерий и тритий, до температуры 10⁷ °С. Но как раз такие температуры достигаются в момент взрыва атомной бомбы! Поэтому сразу после изобретения атомной бомбы ученые СССР и США приступили к созданию термоядерного оружия, разрушительная сила которого основана на осуществлении реакции синтеза двух легких ядер: дейтерия и трития (реакция (1)).

Идея термоядерной бомбы проста: дейтерий-тритиевую смесь помещают вместе с обычной атомной бомбой в одну оболочку. Сначала взрывается атомная бомба относительно небольшой мощности. При взрыве атомной бомбы дейтерий-тритиевая смесь нагревается до той температуры (около 50 миллионов градусов), при которой происходит термоядерная реакция с выделением огромного количества тепла.

Если корпус термоядерной бомбы изготовлен из природного урана, то быстрые нейтроны, возникшие в реакции (1), вызывает деление ядер урана. За счет этого выделяется дополнительная энергия.

Заметим, что в отличие от U²³⁵ смесь дейтерия и трития «сама собой» взорваться не может: для нее просто не существует такого понятия, как «критическая масса».

Термоядерная реакция идет при любом количестве дейтерий-тритиевой смеси: и очень малом, и очень большом. Единственное, что нужно для термоядерного взрыва, – это высокая температура ~10⁷ °С.

Впервые термоядерная бомба была испытана в США в 1951 г. Самый мощный термоядерный взрыв был осуществлен в СССР в 1961 г. на ядерном полигоне не острове Новая земля. В военных целях термоядерное оружие не применялось ни разу.

Мирный термояд

А вот в мирных целях «термояд» пока не работает. В настоящее время есть две конструктивные идеи по запуску управляемой термоядерной реакции. Первая – это лазерный термоядерный синтез. Предлагается мощным лазерным импульсом нагревать и одновременно сжимать мишень, содержащую дейтерий и тритий. Причем нагревать до огромной температуры, при которой начинается термоядерная реакция (~10⁷ °С).

Теоретически доказано, что это возможно, а эксперименты, в которых удавалось добиться возникновения реакции термоядерного синтеза, были успешно проведены еще в 1970-х годах. Но ни о каком промышленном производстве энергии пока и речи нет.

Вторая идея состоит в том, чтобы разогреть «термоядерную смесь» дейтерия и трития мощным электрическим разрядом, перевести ее в состояние плазмы, а затем удерживать и одновременно сжимать эту плазму магнитным полем. Этот метод получил название магнитного термояда.

Принципиальная возможность осуществления термоядерной реакции магнитным методом доказана и теоретически, и экспериментально. Основная трудность в его реализации – это необходимость создания очень сильных магнитных полей. Поэтому о промышленном производстве термоядерной электрической энергии пока говорить рано.

СТОП! Решите самостоятельно: А4, В7, В8, С2.