Термоядерное оружие

Эта реакция сопровождается выделением около 25 млрд. кал на 1 г образовавшегося гелия. В разрядной трубке находится около 0,1 мг (миллиграмма) дейтерия, и лишь ничтожная его часть расходуется на образование гелия. Поэтому тепло, выделяющееся при описанных опытах за счет термоядерной реакции, не представляет никакой опасности для экспериментатора.

О том, что в шнуре разряда действительно происходят ядерные реакции, лучше всего можно судить по наличию или отсутствию нейтронов. Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэтому магнитные силы не удерживают их в шнуре разряда. Образовавшись при ядерной реакции, они с большой скоростью вылетают из разрядной трубки. Для обнаружения нейтронов в этих опытах применялась серебряная пластинка, помещенная рядом с разрядной трубкой в парафиновом блоке, как показано на рис. 75,д.

Быстрые нейтроны, попадая в парафин, сначала замедляются, а потом захватываются ядрами серебра по реакции

₄₇Ag¹⁰⁷+₀n¹ = ₄₇Ag¹⁰⁸+γ

Образующийся изотоп серебра радиоактивен. Он быстро распадается, выбрасывая бета-частицы. Измерение активности серебряной пластинки после разряда показало, что в ней образовался радиоактивный изотоп — серебро 108, что свидетельствует об испускании во время разряда нейтронов.

Опыты, имеющие целью исследовать возможность проведения термоядерных реакций в мощных разрядах, проводились советскими учеными в различных условиях. Давление газа изменялось от десятитысячных долей атмосферы до 1 атм, прилагаемое напряжение — от 20 тыс. до 100 тыс. в, максимальная сила разрядного тока от 100 тыс. до 2 млн. а. Длина разрядного промежутка изменялась от 5 см до 2 м, а диаметр трубки — от 5 до 60 см.

В этих опытах с несомненностью было доказано, что в шнуре разряда образуются нейтроны, но пока еще не ясно, являются ли они продуктом термоядерной реакции или образуются в результате каких-то новых, еще не изученных процессов.

В недавно вышедшей в США новой книге Ральфа Лэппа «Атомы и люди» автор пишет: «Мы испытали чувство досады, что человек из-за „железного занавеса“ (академик И. В. Курчатов — Прим. авт.) первый рассказал… о контролируемой водородной энергии».

В настоящее время продолжаются работы по созданию установки, в которой можно было бы проводить контролируемую термоядерную реакцию. Расскажем о схеме работы одной из таких предполагаемых установок.

Смесь дейтерия с тритием подается в ионизатор, откуда ионы поступают в активную зону реактора, где при высокой температуре они удерживаются вдали от стенок магнитным полем. Выделяющаяся при термоядерной реакции энергия уводится расплавленным литием. При реакции дейтерия с тритием выделяются нейтроны, которые захватываются литием, причем образуется тритий. Нагретый литий отдает в теплообменниках тепло воде. Это тепло используется для получения электрической энергии. Из расплавленного лития в очистительной колонне выделяется тритий, который используется в термоядерной реакции.

Основная трудность в реализации подобной установки — создание мощных магнитных полей, способных удержать поток ионов вдали от стенок реактора.

Недавно член-корреспондент Академии наук СССР Я. Б. Зельдович высказал предположение о возможности существования нового типа ядерных реакций, связанных с выделением большого количества энергии. Известно, что если отнять электрон у молекулы водорода, то образуется положительно заряженный молекулярный ион водорода Н⁺₂. В этом ионе два протона связываются одним электроном. Расстояние между протонами составляет приблизительно 10^-8 см. Если бы удалось заменить в этом ионе электрон отрицательным мезоном, масса которого превосходит массу электрона в 200 раз, то, как показывают теоретические расчеты, расстояние между протонами уменьшилось бы также в 200 раз, то есть было бы меньше 10^-10 см. При этом взаимодействие между ядрами резко усилилось бы. Если бы ион образовался из ядер тяжелого водорода D и легкого водорода Н, то могла бы произойти ядерная реакция

D+H=He³

связанная с выделением энергии около 5,4 Мэв.

Теоретические предсказания Зельдовича были блестяще подтверждены опытами американского физика Альвареца. Этот физик направил пучок мезонов, полученный при помощи ускорителя, в камеру, заполненную жидким водородом. Так как пролетающий через водород мезон вызывает ионизацию и выделение энергии, вдоль его пути образуется большое число пузырьков водорода, как видно из фотографии, приведенной на рис. 77. Мезон образует ион DH⁺, который превращается по приведенной выше реакции в Не³, причем мезон выбрасывается с большой энергией и летит до возникновения нового иона DH⁺ с образованием нового ядра Не³. Таким образом, мезон является как бы катализатором, облегчающим соединение дейтрона с протоном. Однако мезон недолговечен — он живет около 10^-6 секунды — и вскоре распадается с образованием электрона, траектория которого хорошо видна на фотографии.

Рис. 77. Реакция дейтрона с протоном при участии мезона