Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

если между собой сталкиваются элементы с атомными номерами Z1 и Z2.

Конечно, мир атомных величин не очень привычен и нагляден, и трудно сразу представить себе, какова же эта энергия — мала или не очень мала. Но легко сообразить, с какой скоростью должны сталкиваться атомы, чтобы преодолеть потенциальную энергию элект­ростатического отталкивания. Они должны обладать не меньшей кинетической энергией или по крайней мере равной. Следовательно, можно написать:

1/2mv2=2,3•10-7Z1Z2 эрг,

массу одного атома можно найти из атомного веса, зная, сколько атомов содержится в грамм-атоме: m=А/6,02•1023

Можно найти и скорость, с которой должны столк­нуться атомы, чтобы могла начаться ядерная реакция;

У дейтерия атомный номер Z=1. Масса изотопа А=2, следовательно, скорость атомов должна быть равна: V=3,8•108 см в секунду, или 3800 км/сек. При обычной температуре физикам известна средняя ско­рость теплового движения у атомов дейтерия, она равна всего лишь 1,9 км/сек. При комнатной температуре — 293°К— кинетическая энергия молекул возрастает про­порционально абсолютной температуре, или, что то же самое, пропорционально квадрату скорости. Следова­тельно, чтобы средняя скорость молекул дейтерия была достаточной для реакции между ядрами, нужно на­греть тяжелый водород до температуры:

T=293•(38002/1,92)=1,1•109 градусов.

Итак, сталкиваться и реагировать между собой могут только ядра дейтерия, «нагретые» до температуры свыше миллиарда градусов. Вот в этом-то и заклю­чается довольно серьезное затруднение для подлинных героев науки — физиков, посвятивших свою жизнь труднейшей и величественнейшей из проблем — стрем­лению обеспечить энергией будущие поколения.

Быть может, тяжелую воду можно чем-нибудь заменить?

Ничем. Тяжелая вода как источник тяжелого водо­рода для термоядерных реакций с целью получения энергии, по-видимому, незаменима. Это следует из того, что необходимая для начала реакции температура очень сильно возрастает по мере увеличения атомного номера элемента. В самом деле, попробуйте сами под­считать, какой температуре будет соответствовать ки­нетическая энергия частиц, способных преодолеть электростатическое отталкивание ядер атомов бериллия или кремния. Часть дейтерия можно заменить на три­тий, но этого изотопа в природе почти нет.

Неужели же это все-таки возможно?

Очень трудно, но возможно. Во-первых, природа и физика идут навстречу исследователям: чтобы нача­лась реакция, не нужно, чтобы весь газ был нагрет до такой немыслимо чудовищной температуры. Доста­точно, если отдельные атомы будут обладать в нем столь высокой энергией.

Во всяком газе при любой температуре есть час­тицы с разными скоростями, от очень малых до очень больших. Благодаря этому реакция между атомами дейтерия будет идти с достаточной скоростью даже и при температуре, в несколько раз меньшей, чем 109 градусов. Это намного облегчает задачу.

Кроме того, существует так называемый туннель­ный эффект, благодаря которому всегда есть некоторая вероятность, что реакция между ядрами все же может произойти, даже если их кинетическая энергия будет несколько ниже, чем необходимо для преодоления электростатического отталкивания.

Поэтому для начала термоядерного процесса между ядрами тяжелого водорода оказывается вполне доста­точной температура всего только в триста миллионов градусов (!). Если же вести реакцию между дейтерием и тритием, то будет достаточно и сорока миллионов градусов.

Как же это будет сделано?

Это уже сделано. Физики уже осуществили реак­цию термоядерного взрыва, в которой температура, необходимая для начала ядерного синтеза более тяже­лых элементов из легких ядер, достигается взрывом атомного заряда — запалом.

Но очень, очень много осталось еще сделать. Ведь нужен человечеству не взрыв, а управляемая реакция — источник энергии для промышленности, для транспор­та, для всего, что будет необходимо обществу будущего. Нужна термоядерная «топка» — топка с температурой в сотни миллионов градусов.

Можно быть уверенным, что эта еще более фанта­стическая задача будет решена. Физики в нашей стране первыми нашли поистине совершенно удивительный путь к созданию термоядерного реактора. Они дока­зали, что такая «топка» возможна, хотя в природе нет и не может быть материала, способного выдержать такую температуру. Молекулы любого вещества, атомы любого элемента при таком немыслимо чудовищном «жаре» полностью разрушаются и теряют все свои электроны. Все вещества полностью превращаются в плазму — газ, состоящий не из молекул и даже не из атомов, а из свободных атомных ядер и свободных электронов. И несмотря на эту, казалось бы, полную принципиальную невозможность решения, наши ученые нашли путь, как создать такую топку для термоядерно­го реактора. Они доказали, что ее стенками могут слу­жить мощные электромагнитные поля. Неощутимые, невидимые, прозрачные, они будут непроницаемы для ядер тяжелого водорода и для любых других элемен­тов даже при ста, а может быть, и больше миллионов градусов.

На сколько времени хватит человечеству энергии, скрытой в воде?

Не менее чем на миллиард лет.

СВОЙСТВА ВОДЫ

Почему вода — вода?

Этот вопрос совсем не так неразумен, как это может показаться. В самом деле, разве вода — это только та бесцветная жидкость, что налита в стакан?

515