Реакции слияния лёгких ядер, происходящие при очень высоких температурах (от десятков до сотен миллионов градусов), называются термоядерными.

Простейшим примером термоядерной реакции является преобразование двух ядер дейтерия в ядро гелия.

Если бы этот процесс удалось использовать для производства энергии, то он оказался бы в десять раз эффективнее процесса деления урана.

Возможность использования термоядерных реакций открывает перед человечеством новый путь получения энергии. Одной из самых перспективных в этом отношении является реакция синтеза дейтерия и трития, в результате которой образуется гелий и вылетает свободный нейтрон.

Давайте рассчитаем энергию, выделяющуюся при такой реакции синтеза.

Ещё одним преимуществом данной термоядерной реакции является и то, что по оценкам учёных запасы дейтерия в Мировом океане составляют порядка 80 000 км³. Из такого количества дейтерия можно получить столько энергии, сколько выделяется при сгорании бензина, объем которого многократно превышает объем Мирового океана, то есть запасы дейтерия практически неисчерпаемы. А тритий, не встречающийся в природе, легко можно получать в самом термоядерном реакторе, если использовать мощные потоки нейтронов.

Одной из основных проблем, возникающих при попытке осуществить управляемый термоядерный синтез — это удержания высокотемпературной дейтерий-тритиевой смеси. Эта смесь не должна касаться стенок установки, в которой она находится, иначе стенки просто испарятся. Ещё в середине двадцатого века российские учёные Андрей Дмитриевич Сахаров и Игорь Евгеньевич Тамм предложили для удержания термоядерной смеси использовать магнитное поле особой конфигурации. Данная идея в последствии была реализована в установках типа «ТОКОМАК» — тороидальная камера с магнитными катушками. В этих установках с помощью магнитных полей и удерживается плазма из дейтерий-тритиевой смеси. А поскольку плазма — это почти полностью ионизированный газ, то она подвержена влиянию магнитных полей: плазма скручивается в шнур, не касается стенок камеры и, как следствие, не приносит ей никакого вреда.

В естественных условиях термоядерные реакции синтеза происходят в недрах звёзд и являются основным источником их энергии. Поэтому термоядерные реакции играют очень важную роль в эволюции Вселенной, в частности в преобразованиях химических веществ в ней. Так, например, на стадии зарождения звезды из газового водородного облака силы всемирного тяготения сжимают водород до такой степени, что в центре образовавшейся звезды температура возрастает до десятков миллионов градусов. В результате внутри звезды начинают протекать термоядерные реакции, и она в течение миллиардов лет светит, излучая энергию. А в недрах звезды «выпекаются» более тяжёлые химические элементы.

Вы наверняка знаете, что наша звезда излучает свет и тепло уже более 4,5 миллиардов лет. Конечно же долгое время учёные не могли найти ответ на главный вопрос о том, что является «топливом», за счёт которого Солнце вырабатывает столь огромное количество энергии в течении такого длительного промежутка времени.

Например, одни считали, что эта энергия выделяется в результате обычной химической реакции горения. Правда в этом случае Солнце должно было бы сгореть через несколько тысяч лет, после начала горения. Другие считали, что увеличение внутренней энергии и как следствие увеличение температуры Солнца, происходит из-за его гравитационного сжатия. При такой гипотезе срок «службы» Солнца увеличивался до нескольких миллионов лет, но никак не до миллиардов.

И лишь в 1938 году американским астрофизиком Хансом Альбрехтом Бете было высказано предположение о том, что энергию Солнце получает за счёт термоядерных реакций, происходящих в его недрах. Им же был открыт водородный (или протон-протонный) цикл — цепочка из трёх термоядерных реакций, приводящая к образованию гелия из водорода.

Обратите внимание на то, что для образования двух ядер гелия-3, необходимые для третьей реакции, первые две должны произойти дважды.

Что бы представить, какое огромное количество энергии Солнце теряет в результате превращения водорода в гелий, достаточно знать, что ежесекундно масса нашего светила уменьшается на несколько миллионов тонн! И несмотря на это, по оценкам многих специалистов, запасов «топлива» на Солнце хватит ещё где-то на 5—6 миллиардов лет.

В заключении урока отметим, что на Земле первые термоядерные реакции были осуществлены в виде неуправляемого термоядерного взрыва. Первое в мире испытание термоядерного взрывного устройства было произведено в США 1 ноября 1952 года. А уже 12 августа 1953 года в СССР была взорвана первая в мире водородная бомба на полигоне в Семипалатинске — советская «РДС-6с». Температурные условия, необходимые для осуществления термоядерной реакци и, были достигнуты путём взрыва ядерного заряда.

В 2005 году общественности был представлен международный проект экспериментального термоядерного реактор ИТЭР для осуществления управляемой термоядерной реакции.

Его планируется возвести в исследовательском центре Кадараш на юге Франции. Стройку изначально планировалось закончить в 2016 году, однако, по мере строительства, срок начала экспериментов сдвинулся к 2025 году.

⇐ Предыдущая 12