Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Отсюда понятно, почему в миллионоградусной жаре солнечных недр скорость энерговыделения невелика— если поделить общее количество вырабатываемой энергии на массу светила, то получится, что в килограмме солнечного вещества выделяется в среднем за секунду всего 1900 эргов энергии. Вскипятить на таком потоке энергии пол-литровую кружку воды удастся за... 34 года! Неожиданный результат, не правда ли? Он неважно согласуется с представлением о великом солнечном могуществе. Но зато он хорошо иллюстрирует размеры массы светила и ничтожность его поверхности по сравнению с объемом.

Иное дело в телах малого размера.

Представьте себе, что какой-то твердый предмет величиной с арбуз нагрет до миллиона градусов. Чтобы восполнить собственное излучение и не остывать, он должен получать ежесекундно сотни миллиардов калорий тепла на каждый килограмм вещества. В подобном потоке энергии десятки тысяч литров воды закипели бы за секунду.

Колоссальное излучение энергии не играло бы заметной роли, если бы мы могли построить установку термоядерного синтеза размером... с Луну. В реальных земных условиях это, разумеется, невозможно.

Как же быть?

Первое условие: нагревать горючее надо быстро. Подводить энергию, обращающуюся в тепло, следует, обгоняя рост лучеиспускания. Только тогда будут достигнуты температуры, достаточные для возбуждения незатухающих термоядерных реакций. При этом быстрый подвод энергии вовсе не должен быть безмерно большим. На скоростной разогрев изолированного от окружающей среды грамма дейтерия может уйти всего несколько киловатт-часов энергии — в десятки тысяч раз меньше, чем потом выделится при синтезе гелия.

Еще важнее другой залог успеха в борьбе с колоссальным лучеиспусканием: использовать горючее только в виде газа, причем возможно более разреженного. Ни жидкое, ни твердое горючее, столь выгодные для водородной бомбы, теперь вообще не годятся — именно потому, что мы хотим добиться спокойного выделения энергии. При сверхвысоких температурах в жидкостях и твердых телах неотвратимо создаются исполинские давления, которые приводят к катастрофическому разлету вещества— ко взрыву. Иное дело — разреженный газ. Его можно удержать в достаточно прочном сосуде даже в сильно нагретом состоянии.

Главное же преимущество газообразного горючего — прозрачность. Чем прозрачнее тело, чем меньше в нем «черноты», тем слабее оно излучает энергию при нагревании (вы помните, что больше всего излучает «абсолютно черное тело»). Словом, в газе при ничтожной плотности потери на излучение неизмеримо меньше, чем в жидкости или в твердом теле. Поэтому для звездного нагрева газа энергию можно подводить не столь стремительно, что очень важно для осуществления спокойного, не взрывного процесса.

До каких же все-таки температур надо нагреть газообразное термоядерное горючее, чтобы вызвать в нем самоподдерживающийся процесс ядерного синтеза?

Зная вероятности ядерных реакций при разных скоростях сталкивающихся частиц (что соответствует разным температурам), на этот вопрос ответить нетрудно.

Расчет показывает, что даже при комнатной температуре слияния ядер случаются, хоть и невообразимо редко. В литре холодного дейтерия при обычном атмосферном давлении одна пара дейтонов соединяется раз за 500 лет. С повышением же температуры число реакций увеличивается по определенному закону — сначала очень медленно, а затем неимоверно быстро.

Физики-теоретики составили любопытный график этой зависимости. Он изображен на стр. 153 и относится к газообразному термоядерному горючему, находящемуся при комнатной температуре под давлением в 0,001 атмосферы. Нижняя кривая отражает поведение дейтерия, а верхняя — смеси дейтерия с тритием. Внизу по горизонтали отложены температуры. Слева по вертикали— мощность термоядерной энергии, которая создается в кубическом сантиметре раскаленного горючего. А справа по вертикали — отношение вырабатываемой термоядерной энергии к энергии излучаемой. Обратите внимание: все значения физических величин даны степенями числа 10. Это как бы сжимает график, делает его особенно наглядным.

О чем говорят кривые?

В смеси дейтерия с тритием количество вырабатываемой и излучаемой энергии делаются одинаковыми при 40—50 миллионах градусов. Это и есть температура вспышки самоподдерживающегося термоядерного процесса. В дейтерии же, как показывает график, температура вспышки гораздо выше — составляет приблизительно 300—400 миллионов градусов. И каждый кубический сантиметр горючего при этом будет вырабатывать и излучать сотни ватт энергии.