Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Аналогично этому протекает термоядерная реакция в так называемой водородной бомбе, рассматриваемой ниже. Цепная реакция деления дает начало реакции синтеза ядер гелия из водорода. От этого в свою очередь выделяется теплота и повышается без того высокая температура. Скорость термоядерной реакции и количество выделяющегося тепла резко увеличиваются, что в свою очередь ведет к дальнейшему лавинообразному ускорению реакций. В конечном счете происходит мощный термоядерный взрыв.

Величина термоядерного заряда может быть малой и большой. Для этого заряда не существует критических размеров и критической массы.

Для эффективного протекания термоядерной реакции, кроме высокой температуры, требуется также высокая плотность горючего. Чем больше вещества заключено в данном объеме, тем больше в нем будет атомов и тем чаще, следовательно, будут сталкиваться ядра между собой, тем больше будет образовываться ядер гелия с выделением соответствующей энергии.

Так как продолжительность атомного взрыва исчисляется всего несколькими миллионными долями секунды, то есть несколькими микросекундами, то в качестве горючего для термоядерной реакции должны быть взяты вещества, ядра которых успевают за это время соединиться в достаточном количестве. Физикам известна пока только одна термоядерная реакция, которая может быть непосредственно вызвана атомным взрывом даже в случае, когда плотность горючего близка к плотности вещества внутри Солнца; это — реакция соединения тяжелого и сверхтяжелого изотопов водорода (дейтерия и трития). Ядра дейтерия и трития, сталкиваясь между собой, образуют новое и притом возбужденное ядро, которое тотчас же превращается обычно в ядро гелия, испуская нейтрон. Схема подобного процесса образования ядер гелия из водорода приведена на рис. 33. Продолжительность этой реакции составляет около 40 микросекунд при температуре 20 млн. градусов и сокращается примерно до четверти микросекунды с повышением температуры до 200 млн. градусов.

Величина выделяющейся при этой реакции энергии была выше подсчитана. Она равна 100 млн. ккал на каждый грамм гелия, что примерно в 5 раз больше той энергии, которая выделяется при полном делении грамма урана или плутония.

Если учесть, что вес термоядерного заряда ничем принципиально не ограничен, то нетрудно будет понять, что мощность взрыва водородной бомбы может оказаться во много раз большей, чем мощность взрыва атомной бомбы.

Высокая плотность термоядерного горючего может быть достигнута либо путем сжатия газа до высоких давлений или его сжижения, либо использованием химических соединений изотопов водорода с другими веществами. Последний путь представляется более вероятным, так как применение сильно сжатого или жидкого водорода не обеспечивает высокой плотности горючего и к тому же связано с рядом конструктивных трудностей. Наиболее простым и доступным соединением водорода является тяжелая и сверхтяжелая вода. У тяжелой воды молекулы построены по обычной формуле химии из двух атомов дейтерия и одного атома кислорода, у сверхтяжелой воды — из двух атомов трития и также одного атома кислорода.

Водород может использоваться также в виде твердого соединения с металлом — в виде, например, гидрида лития. Гидрид лития LiH — твердое соединение лития с водородом, похожее по своим свойствам на соли и имеющее плотность 0,82 г/см 3. Содержание водорода в 1 см 3этого соединения (0,1 г/см 3) превышает плотность жидкого водорода (0,07 г/см 3).

Необходимый для термоядерной реакции дейтерий содержится в природном водороде в количестве 0,01–0,02%. Выделение дейтерия из природных соединений водорода освоено и является сравнительно простым делом. Тритий в достаточных количествах в природе отсутствует и получается искусственным путем в ядерных реакторах.

Термоядерная реакция с атомным зарядом в качестве детонатора может быть использована лишь для военных целей, так как разрушительное действие самого атомного взрыва очень велико. Если найти менее разрушительный детонатор, то тогда эту реакцию можно будет осуществить не только в больших масштабах, но и в малых, что откроет путь для мирного использования термоядерных реакций.