Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Теоретическая ядерная физика и опыты на ускорителях подробно рассказывают о том, как зависит скорость солнечных реакций от температуры.

Вы помните, температура есть не что иное, как средняя энергия теплового движения частичек. На ускорителях же энергию «снарядов», бьющих по «мишени», можно изменять в широких пределах.

Как видите, наука в состоянии не только искусственно вызвать реакции, подобные тем, что даруют свет Солнцу, но даже менять их скорость по своему усмотрению. Правда, отсюда еще весьма далеко до энергетического освоения солнечных процессов. Энергия, освобождающаяся в ускорителях, совершенно ничтожна, и, главное, она не вызывает самоподдерживающегося цепного процесса. На ускорение частиц затрачивается большая энергия, а подавляющее большинство их бьет мимо цели. Поэтому энергии расходуется гораздо больше, чем выделяется.

Но познавательное, исследовательское значение опытов с ускорителями огромно.

К каким же заключениям они ведут?

Объединяя данные эксперимента с теорией, можно утверждать следующее.

Протонно-протонный цикл оказывается не слишком сильно зависящим от температуры. Первая ступень его остается чрезвычайно маловероятной даже при колоссальных скоростях сталкивающихся протонов (кстати, реакцию слияния ядер водорода в дейтон на ускорителе изучить не удалось, о ней судят по иным реакциям и выводам теории).

Зато углеродный «конвейер» очень чувствителен к переменам температуры и интенсивно развивается при ее повышении. Видимо, в звездах, более горячих, чем Солнце, он играет основную роль.

Итак, экспериментальная и теоретическая ядерная физика с помощью астрономии разгадала тайну солнечной «кухни». Из исходного продукта — водорода—там готовится одно-единственное «блюдо» — гелий, а свет и тепло представляют собой не что иное, как отходы производства, вроде картофельных очисток и яичной скорлупы. Правда, эти отходы совсем не бесполезный материал, как на настоящей кухне. Тепло солнечных недр и вызывает ядерные реакции, которые поэтому называются термоядерными: от слова «термо» — тепло.

Взглянув на памятный нам график удельных масс нуклонов в разных ядрах (стр. 47), мы убедимся, что разница масс нуклонов до и после синтеза в несколько раз больше, чем при расщеплении ядер урана. В грамме делящегося урана освобождается 23 тысячи киловатт-часов энергии, а при синтезе грамма гелия — 175 тысяч киловатт-часов. Столь резкое различие следует из неодинаковой сущности процессов ядерного деления и синтеза.

Деление осуществляется в конечном итоге электростатическим отталкиванием (оно-то и разбрасывает осколки ядер). А при синтезе работают ядерные силы притяжения. Схватывая сблизившиеся частицы, они заставляют их стремительно «падать» друг на друга. Такое падение можно сравнить с ударом о землю гигантского метеорита. Но ядерные силы очень велики — в миллиарды раз больше сил тяготения. Поэтому работа ядерных сил сопровождается колоссальным выделением энергии.

Мы видели, что синтез гелия совершается на Солнце двумя путями — двумя конвейерами термоядерных реакций. Один из них как бы автоматический. Ядра сливаются сами собой, без посторонней помощи:

Этот трехступенчатый конвейер хотя и движется очень медленно, но охватывает огромную массу солнечного вещества и поэтому играет главенствующую роль.

Вспомним еще, что энергия синтеза выделяется не только при непосредственном слиянии ядерных частиц. Ядерные силы «трудятся» и при перестройках атомных ядер, лишь бы из менее прочных комбинаций протонов и нейтронов получились более прочные комбинации. Несколько упрощая явление, можно сказать: энергия, оставшаяся «безработной» внутри ядра, неизбежно обретает свободу и работает вне ядра. Дело происходит так, как если бы мы сначала «разорвали» ядра, растянули в стороны их протоны и нейтроны, а потом сделали из этого «строительного материала» новые ядра. Если на разрушение уходит энергии меньше, чем выделяется при последующем синтезе, то излишек энергии освобождается. Именно это происходит во второй цепочке солнечных реакций. Цепочку эту можно уподобить неавтоматическому, ручному конвейеру, ибо его обслуживают «повара» — ядра углерода. Процесс состоит из шести звеньев: