Мир на пике – Мир в пике
Шрифт:
Железо — это термоядерные угли, которые уже не могут гореть сами по себе, поскольку имеют максимально возможную для ядер энергию связи.
Практически все элементы группы железа и все, что тяжелее этого химического элемента, попадает во внешний мир только при взрывах сверхновых звезд. Если это вас утешит, то каждый атом углерода, кислорода или азота в вашем теле уже как минимум один раз побывал в звезде, ну а вся Земля в целом — это звездный пепел. По большей части, конечно.
И в этом звездном пепле можно все-таки отыскать немного недогоревших головешек. Именно
Это атомы, которые притаились в первой части таблицы, но которые имеют энергию связи меньшую, чем наша магическая альфа-частица.
Вот, поименно, весь этот список: дейтерий и тритий (это у нас изотопы водорода), литий, бериллий, бор.
Все.
Всего пять головешек оставила нам природа для того, чтобы поджигать наш земной костер из легких ядер. Причем это именно что «огарки», по сравнению с легким водородом — протием или по сравнению с гелием-4 таких элементов и изотопов у нас до обидного мало.
Но людишки бы не были Homo Sapiens, если бы не нашли интересный выход из сложившейся ситуации с недостатком легких ядер в составе Земли.
Энергия связи ядра протия, как мы помним, равна нулю. При встрече двух протонов должно произойти невероятное событие: один из протонов должен виртуально превратиться в нейтрон (за счет слабого взаимодействия) и тут же образовать устойчивое ядро дейтерия — дейтрон, энергия связи в котором чуть больше, чем разница в массах протона и нейтрона.
103
Aquila non captat muscas — Орел не ловит мух.
По сути, конечно, окончательное состояние двух протонов в ядре дейтрона энергетически более выгодно. Но вот в начале процесса вопрос того, кто превратится в нейтрон, отнюдь не столь очевиден.
А что будет, если протону подсунуть под нос уже готовый нейтрон?
Любой протон, который окажется достаточно близко с тепловым (то есть медленно идущим) нейтроном, тут же быстро захватит его и образует устойчивое ядро дейтерия — дейтрон.
Ну а дейтрон уже, в принципе, может захватить и еще один нейтрон и образовать ядро трития.
В общем, был бы у нас годный источник тепловых нейтронов — то задача наработки термоядерного горючего из обычной воды не стояла бы в принципе. Хочешь — дейтерий получай, хочешь — тритий, а хочешь — подожди 12,5 лет полураспада трития — и гелий-3 тоже получишь.
Что же у нас является самым мощным источником тепловых нейтронов, который был создан человечеством? Да он же, любимый, и является. Наш старый добрый «атомный самовар». С балалайкой и ручным медведем. Наш ядерный реактор на распаде тяжелых ядер — урана, тория и плутония. На каждое деление он выдает
Значит, на каждый атом урана можно легко получить атом дейтерия. Просто из воды охлаждающей водяной рубашки первого контура, в которой у нас будет «коктейль» из дейтерия, трития и гелия-3. Доставку термоядерного топлива заказывали? Как в рассказке: «Ты вчера просил ковер? — Ну, так я его припер….»
С топливом разобрались? А теперь ответим на прозвучавший в начале рассказа о токамакостроении вопрос. А зачем охлаждают переднюю стенку камеры токамака? Как же ученые собираются забрать тепло от плазменного шнура в реакторе ITER?
А никак. Не будут снимать тепло прямо со шнура — не для этого с таким трудом и с такими мучениями грели плазму. «Не для тебе ця квітка розцвіла», как говорят на Украине.
Энергию будут снимать с нейтронов, которые в изобилии будет давать термоядерная реакция синтеза дейтерия и трития в гелий, которую и хотят запустить в термоядерном реакторе. Вот эта реакция.
Рис. 182. Упрощенная схема термоядерной реакции D-T.
Еще раз, что важно. Энергия при реакции синтеза не выделяется просто так. Часть энергии остается в плазме в виде заряженной частицы гелия-4, а часть энергии неизбежно покидает плазму в виде быстрого нейтрона. Нейтрон — частица незаряженная, девушка вольная и улетает со своим «приданым», куда ей импульс велит.
А приданого — почти что 80 % от всего выхода термоядерной реакции. Только 3,5 МэВ энергии от реакции синтеза остается в плазме, а 14,1 МэВ улетает куда подальше в виде высокоэнергетического нейтрона, которому это ваше магнитное поле — что слону дробина.
14,1 МэВ — это много или мало?
Это не просто много — это супермного. Такими высокоэнергетическими частицами можно делать все что угодно. Например, дробить неделимый торий, который слабенькими нейтронами распада делиться не хочет в принципе. Того, что большой слон. Или — получать из урана плутоний. Который — Джокер. Или — делить упрямый 238U, который, как и торий, делится нейтронами от распада 235U очень неохотно. Ну тот, толстый парень в тапках рядом с девушкой «ядерной спичкой».
Ну или опять-таки окружить токамак за первой тонкой и охлаждаемой стенкой вакуумной камеры с плазмой, которая для нейтронов все равно что бумага, снова-таки водяной рубашкой.
Из протиевой воды, которой у нас — целые океаны по всей Земле. И снова, за счет нейтронов синтеза, нарабатывать из протия дейтерий, тритий и гелий-3.
Короче, если кто смотрел фильм «Обливион» с Томом Крузом, то мегакипятильники, которые «воровали» с Земли дейтерий и которые Круз смело и героически охранял, это бред.