Виктор Михайлов - Физические основы получения атомной энергии

Первые опыты в этом направлении связаны с использованием нескольких небольших по величине зарядов обычного взрывчатого вещества (ВВ). Французские ученые Тибо и Перье еще в 1951 г. произвели крошечный взрыв в небольшой камере, примерное устройство которой приведено на рис. 34. Ударные волны, образующиеся при взрыве зарядов обычного ВВ, сталкивались в центре камеры, вследствие чего смесь воздуха и аргона, наполнявшая камеру, моментально нагревалась до температуры, значительно превышающей температуру на поверхности Солнца, и начинала светиться. Свечение наблюдалось через окошко камеры и регистрировалось фотокамерами.

Если две или более встречных ударных волны от взрыва обычного ВВ направить через суживающиеся каналы, то можно будет сконцентрировать энергию, необходимую для повышения температуры горючей смеси в небольшом объеме. Если этот объем будет достаточно мал, то температура поднимется до весьма большой величины, чем и будут созданы условия, необходимые для начала термоядерной реакции. К сожалению, реакция, осуществленная подобным способом, также будет иметь характер взрыва, хотя, быть может, и безопасного.

Не исключено, однако, применение этого способа для получения малой мощности взрывов водородной смеси, следующих друг за другом. Для этого надо будет «зажигать» смесь небольшими порциями. Как только «выгорит» первая порция, в камеру впускается и «зажигается» вторая порция, затем третья и т. д. Это будет напоминать работу двигателя внутреннего сгорания типа дизеля, в котором также порциями впрыскивается горючее; оно мгновенно зажигается, выделяя энергию и обеспечивая работу двигателя.

Для использования термоядерных реакций в мирных целях необходимо разработать такие способы получения сверхвысоких температур и регулирования скорости реакций, в которых можно было бы избежать взрыва. В этом состоит генеральная задача современной ядерной физики.

Термоядерные реакции с регулируемой скоростью позволят получать ядерную энергию не за счет запасов ее в таких редких элементах, как уран и торий, а за счет образования гелия из широко распространенного в природе водорода. Достаточно сказать, что одного только дейтерия во всех океанах, морях, озерах и реках земного шара содержится почти 25 000 млрд т . А ведь каждый грамм гелия, полученный из дейтерия, дает около 130 млн. ккал энергии. Насколько велика эта энергия, можно видеть из такого примера. Вода охлаждающей системы двигателя легковой автомашины содержит около 0,2 г дейтерия. Если бы весь этот дейтерий превратился в гелий, то выделившейся энергии хватило бы для поездки на расстояние в 50 тыс. км , то есть вполне хватило бы для кругосветного путешествия.

Осуществление управляемых термоядерных реакций является трудным делом, требующим привлечения новейших достижений самых разнообразных областей физической науки. Однако теоретические работы советских ученых по атомной и ядерной физике открыли новый путь экспериментальных исследований по управлению этими реакциями.

Советские ученые обратили внимание на то, что трудности в достижении сверхвысоких температур связаны не с величиной энергии, которую нужно сообщить разогреваемому веществу (эта энергия невелика), а с необходимостью устранить утечку тепла в окружающее пространство как в процессе нагревания вещества, так и во время самой реакции. Так, например, для нагрева изолированного от окружающей среды 1 г дейтерия до 1 млн. градусов теоретически требуется всего около 1700 ккал тепла, то есть в десятки тысяч раз меньше, чем может затем выделиться за счет термоядерной реакции в дейтерии. Однако фактически необходимое для такого нагрева количество энергии во много раз больше и к тому же чрезвычайно быстро возрастает с повышением температуры. Это обусловлено утечкой тепла из разогреваемого вещества в окружающую среду. Как устранить ее? При сравнительно невысоких температурах, которые должны быть пройдены в процессе нагревания вещества, утечка тепла определяется главным образом столкновениями частиц разогреваемого вещества со стенками сосуда (баллона), в котором вещество заключено. Поэтому необходимо прежде всего изолировать нагреваемое вещество от стенок сосуда. Так как при высоких температурах вещество существует в виде электронно-ядерного газа (плазмы), то задача теплоизоляции сводится к необходимости удерживать быстрые частицы плазмы внутри некоторого объема вдали от стенок. Это необходимо осуществлять в течение такого времени, которое достаточно для того, чтобы заметная доля частиц успела соединиться между собой.