Сонце на землі
Сенсація у Харуеллі
Усі присутні час від часу поглядали на годинник, і можна було відразу зрозуміти, що очікується приїзд якоїсь знаменитості.
Нарешті біля під'їзду зупинилася машина, і з неї вийшов високий бородатий чоловік із живими та проникливими очима. Він неквапом привітався зі зустрічаючими, увійшов до конференц-зали і піднявся на кафедру. Це був найвизначніший радянський фізик Ігор Васильович Курчатов. Він прибув до Англії у складі радянської урядової делегації та збирався прочитати англійським колегам лекцію про радянські атомні дослідження.
На обличчях усіх присутніх було питання: що нового скаже цей славетний український вчений?
Але шум вщух, і Курчатов почав лекцію. Він почав її так: «Серед найважливіших проблем сучасної техніки особливе місце за своїм значенням посідає проблема енергетичного використання термоядерних реакцій. Надзвичайно цікаве і водночас дуже важке завдання управління термоядерними процесами привертає нині увагу фізиків усіх країн світу. »
Ось що писали наступного дня газети.
Англійська газета «Дейлі Експрес»:
«Курчатов вразив аудиторію, повідомивши, по-перше, що українські закінчили експерименти, які в Харуеллі знаходяться лише на стадії планування, по-друге, тим, що юнак навів усі подробиці використання методів, ілюструючи це цифрами та формулами, які вважали б цілком секретними в Англії та США. Він відповідав на всі питання докладно, не намагаючись уникати відповіді. Вчені Харуелла влаштували йому овацію».
Американська газета "Нью-Йорк Таймс":
«Курчатов вразив 300 найпомітніших учених в Англії».
Це був новий етап у біографії атома, і про нього треба розповісти докладніше.
Ядерна татермоядерна енергія
Подивимося на таблицю Менделєєва. Вона починається воднем, закінчується ураном. Починається з легких елементів, кінчається важкими. Все, що досі розповідалося про виділення та використання внутрішньоатомної енергії, стосувалося перетворень, що відбуваються з важкими елементами – ураном, торієм, плутонією.
Але є й інший шлях визволення та використання внутрішньоядерної енергії. Цей шлях заснований на перетворення ядер легких елементів, розташованих на початку таблиці Менделєєва. Тільки енергія, що виділяється за цих перетвореннях, називається не ядерною, а термоядерною енергією.
Приставка "термо" визначає спосіб звільнення цієї енергії. Термос по-грецьки означає тепло. Значить,
Ігор Васильович Курчатов.
термоядерна енергія – це енергія, що отримується за допомогою тепла. Чи це не здається дивним? Тепло виходить за допомогою тепла. Як це може бути? А ось як.
Виявляється, якщо два ядра атомів легких елементів зблизити між собою впритул, між ними відбудеться ядерна реакція. В результаті цієї реакції з двох легких ядер утворюється важче ядро і виділиться енергія; причому цієї енергії на одиницю маси виділиться значно більше, ніж при розподілі важких ядер. Така ядерна реакція називається реакцією синтезу (тобто злиття), а енергія - енергією синтезу ядер. Це і є термоядерна енергія.
Начебто все просто. Потрібно тільки зблизити ядра легких елементів між собою і використовувати колосальну енергію, що виділяється при цьому. Але в цьому-то й полягає основна, що здавалася спочатку вченим непереборною, складність. Як зблизити ядра між собою? Адже всі вони заряджені позитивно і за зближенні з-поміж них діють електричні сили відштовхування, т. е., яккажуть фізики, часткам треба подолати кулонівський бар'єр. Чим сильніше зближуються ядра, то більше вписувалося сила відштовхування. Щоб відбулася реакція синтезу, потрібно подолати цю силу відштовхування, впритул зблизити ядра між собою. Але як це зробити?
Неважко здогадатися, як зблизити ядра. Їх потрібно сильніше розігнати, щоб ядра, що летять, подолали силу електричного відштовхування і зіткнулися один з одним. Тоді й станеться реакція. А як розігнати ядра? Є кілька способів. Наприклад, можна розігнати їх під дією електричних та магнітних полів у спеціальних машинах, які називаються прискорювачами. Пучок летять із великою швидкістю ядер легких елементів можна направити на мету, також містить легкі ядра. Але термоядерна енергія, що виділяється при цьому, буде мізерною, набагато менше енергії, що витрачається на розгін ядер.
Для виділення помітної енергії необхідно, щоб термоядерна реакція відбувалася у всьому обсязі речовини. А як розігнати всі ядра речовини до величезної швидкості? Неважко здогадатися – нагріванням. Адже кожен школяр знає, що з нагріванні тіла швидкість руху атомів (отже, і ядер) збільшується. Значить, якщо нагріти речовину, що складається з ядер легких елементів, до досить високої температури, розпочнеться термоядерна реакція. Енергії, що виділяється при цій реакції, вистачить і підтримки реакції, і корисного використання. А енергія виділиться величезна. Якщо при розподілі одного грама урану виділяється енергія, еквівалентна енергії, що отримується при згорянні двох з половиною тонн вугілля, то при синтезі одного грама легких ядер виділиться енергія, еквівалентна енергії вже десятків тонн кам'яного вугілля.
Отже, потрібна лише «сірник», який має викликати «термоядерну пожежу» у речовині.
Звичайнасірник, звісно, не підходить. Вона дає температуру лише кілька сотень градусів. А потрібні сотні мільйонів градусів! Або принаймні десятки мільйонів градусів, щоб реакція пішла досить інтенсивно. Усі досягнуті у техніці температури дуже малі. Вони не перевищують п'ять-шість тисяч градусів. Навіть за такої мізерно низької температури порівняно з тією, яка необхідна для термоядерної реакції, всі речовини перетворюються на пару. Адже треба утримати цю температуру в обмеженому обсязі. З якого матеріалу зробити стіни, що обмежують обсяг? Крім того, при таких температурах виникає жахливий тиск на стінки від ядер, що летять з величезною швидкістю. Це висуває ще одну, здавалося б непереборну, вимогу до матеріалу стін — він повинен мати непомірну міцність.
Матеріалів, що задовольняють цим вимогам, немає і не може бути у природі. Це очевидно. Але вихід таки є.
Немає меж для хитрощів людського розуму. І в 1950 р. двоє радянських учених - академіки Сахаров і Тамм - вперше запропонували один із способів отримання надвисоких температур у земних умовах.
Газовий розряд – дуже цікаве явище. Щодня нам доводиться мати справу з трьома станами речовини: газоподібним, рідким та твердим. А при газовому розряді ми стикаємося з плазмою, четвертим
Плазма під впливом електродинамічних сил під час пропускання неї електричного струму стискується в тонкий шнур, має велику температуру. У цьому полягає ідея Сахарова і Тамма.
станом речовини. У цьому стані атомів речовини відірвані електрони. Електрони та позитивно заряджені атоми вільно плавають у плазмі. Тому будь-яка речовина в стані плазми має дуже хорошу електропровідність. Тепер згадаємошкільний досвід з паралельними провідниками, якими в одну й ту саму сторону тече електричний струм. Відомо, що такі провідники притягуються один до одного під впливом кругового магнітного поля, яке охоплює ці два провідники. А якщо замість провідників буде плазма?
У цьому й полягала ідея Сахарова і Тамма. Вони запропонували через плазму пропускати електричний струм дуже великої сили у десятки тисяч ампер. Пропускати такий струм можна лише імпульсами тривалістю в частки секунди. Адже жодні провідники не витримають струму в десятки та сотні тисяч ампер: вони розплавляться. Але
в момент пропускання струму під дією електродинамічних сил, що виникають, плазма стиснеться в тонкий шнур, що має величезну температуру. Цим автоматично вирішується також проблема теплової ізоляції плазми від стінок трубки. Таким чином, якщо плазма отримана з атомів легких елементів, можна очікувати виникнення термоядерної реакції при пропусканні через неї електричного струму.
Ось про ці досліди великого колективу радянських учених і розповів у Харуеллі Ігор Васильович Курчатов.
Сонце на землі
Але неймовірні труднощі стоять цьому шляху здійснення контрольованої термоядерної реакції. Саме контрольованою, тому що неконтрольована вибухова термоядерна реакція здійснюється при вибуху водневої бомби.
Проблема використання термоядерної енергії з права вважається проблемою номер один сучасної науки. Її рішення дозволить назавжди позбавити людство загрози енергетичному голоду. Адже моря та океани містять величезні запаси тих найлегших ядер, які необхідні для термоядерної реакції. Яке ж невичерпне джерело енергії має в своєму розпорядженні людина! Змусити служити цю енергію людям - щоможе бути благороднішим і почеснішим!
Саме цими мотивами і керувався Радянський уряд, доручивши І. В. Курчатову повністю розповісти іноземним ученим про радянські роботи щодо здійснення контрольованої термоядерної реакції. Цим самим знімалася завіса таємності навколо термоядерних досліджень. Радянський Союз виявив шляхетну ініціативу, і результати цього не забарилися: поринув потік публікацій з термоядерних досліджень.
1955 р. у Женеві за рішенням Організації Об'єднаних Націй відбулася Перша міжнародна конференція з мирного використання атомної енергії. На цю конференцію не було представлено жодної доповіді щодо термоядерних досліджень. Через три роки (1958 р.) на другу таку ж конференцію було представлено вже сто п'ятдесят доповідей на цю тему. І серед найповніших та найцікавіших були радянські.
Радянська установка вивчення термоядерних реакцій «Огра».
Стеларатор - установка у вигляді вісімки для вивчення термоядерних реакцій.
Нині вчені багатьох країн працюють над цією проблемою. Публікується безліч робіт, будуються нові експериментальні установки, проводяться дослідження, влаштовуються конференції. Вчені ведуть наступ термоядерну реакцію. Не гадатимемо, через скільки часу термоядерна енергія стане на службу людині: надто важкі проблеми, які стоять на цьому шляху. Але коли їх буде вирішено, людина запалить Сонце на Землі. Адже Сонце тому й безперервно світить мільярди років, що на ньому безперервно відбуваються термоядерні реакції. Інакше воно б давно згасло.