Настороженность в американском обществе по отношению к ядерной энергетике, основанной на делении ядра, привела к росту интереса к водородному синтезу (термоядерной реакции). Эта тех­нология была предложена как альтернативный способ использовать свойства атома для производства электроэнергии. Это прекрасная идея — в теории. Водородный синтез более эффективно превраща­ет материю в энергию, чем расщепление ядра, причем этот процесс не сопровождается образованием радиоактивных отходов. Однако работоспособный термоядерный реактор еще только предстоит соз­дать.

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ В СОЛНЦЕ

Физики считают, что Солнце преобразует водород в гелий за счет термоядерной реакции синтеза. Термин «синтез» означает «объеди­нение». Водородный синтез требует высочайших температур. Мощ­ная гравитация, создаваемая огромной массой Солнца, постоянно поддерживает его ядро в сжатом состоянии. Это сжатие обеспечи­вает в ядре температуру, достаточно высокую для возникновения термоядерного синтеза водорода.

Солнечный водородный синтез — многоступенчатый процесс. Сначала два ядра водорода (два протона) сильно сжимаются, ис­пуская позитрон, также известный как антиэлектрон. Позитрон имеет ту же массу, что электрон, но несет положительный, а не от - 262 рицательный единичный заряд.

Кроме позитрона, при сжатии атомов водорода выделяется ней­трино — частица, напоминающая электрон, но не имеющая электри­ческого заряда и способная в огромных пределах проникать сквозь материю[51].

Синтез двух протонов сопровождается потерей единичного поло­жительного заряда. В результате один из протонов становится ней­троном. Так получается ядро дейтерия (обозначается 2Н или D) — тяжелого изотопа водорода, состоящего из одного протона и одного нейтрона.

Дейтерий также известен как тяжелый водород. Ядро дейте­рия объединяется с еще одним протоном и формирует ядро гелия-3 (He-З), состоящее из двух протонов и одного нейтрона. При этом испускается пучок гамма-излучения. Далее два ядра гелия-3, образо­вавшиеся в результате двух независимых повторов описанного выше процесса, объединяются, формируя ядро гелия-4 (Не-4), состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Этот изотоп гелия используется для наполнения аэростатов легче воздуха. На финальной стадии ис­пускаются два протона, которые могут провоцировать дальнейшее развитие реакции синтеза.

В процессе «солнечного синтеза» (рис. 12.2) общая масса соз­дающейся материи немногим превышает общую массу изначальных ингредиентов. «Недостающая часть» преобразуется в энергию, со­гласно знаменитой формуле Эйнштейна:

Е - тс2,

где Е — энергия в джоулях, т — «недостающая масса» в кило­граммах, ас — скорость света, равная (в вакууме) 299 792 458 м/с. Солнце производит таким образом колоссальное количество энергии, так как ядра водорода преобразуются в ядра гелия безостановочно и в огромных количествах. В Солнце достаточно материи для того, чтобы процесс водородного синтеза продолжался миллионы тысяче­летий. Со временем запас водорода подойдет к концу, но это случит­ся не при нашей жизни.

СИНТЕЗ В БОМБАХ

В термоядерной бомбе происходит реакция водородного синте­за иного типа. Впрочем, если такую реакцию когда-либо взять под контроль, ее также можно будет использовать в термоядерном реак­торе. Особенность термоядерного синтеза этого типа состоит в том, что в нем участвуют ядра тяжелого и сверхтяжелого водорода, а не состоящие из одного протона ядра обычного водорода. Ядра дейте­рия (2Н или D), состоящие из одного протона и одного нейтрона, объединяются с ядрами трития (ЗН или Т), состоящими из одного протона и двух нейтронов. В результате этого синтеза образуется ядро гелия-4 (Не-4) и выделяется «лишний» нейтрон (рис. 12.3). При этом выделяется энергия, так же как и в процессе термоядерной реак­ции в Солнце. Для осуществления реакции этого типа, называющейся дейтериево-тритиевым синтезом (или D—T-синтезом), необходим

запас дейтерия и трития. Обычный водород для нее не подходит. Тео­ретически для термоядерной реакции могут подойти и другие комби­нации топлива, но D—Т-синтез считается самым распространенным.

Ядро гелия-4

О

Нейтрон

Рис. 12.3. Реакция водородного синтеза в термоядерной бомбе

В Солнце процесс синтеза идет постоянно благодаря высочайшей температуре, которая поддерживается вследствие воздействия высокой гравитации, а также за счет тепла, выделяющегося в процессе самой термоядерной реакции. Температуру же, необходимую для того, чтобы начать реакцию синтеза в термоядерной бомбе, обеспечивает подрыв относительно небольшого по мощности атомного (уранового или плу­тониевого. — Прим. пер.) заряда. При этом реакция синтеза протекает практически мгновенно и быстро заканчивается. Обеспечить достаточ­ную гравитацию для начала и постоянного поддержания управляемого синтеза такого типа для доступных на Земле запасов водорода, дейте­рия или трития невозможно. Топливо для «взрывного» термоядерного синтеза (осуществляемого с целью получения полезной энергии) необ­ходимо каким-либо образом содержать в сжатом состоянии.