Почему? Это тоже очень легко наблюдать на графике. Энергия связи атома урана, например, составляет всего 7,6 МэВ на один нуклон. Разница между энергией связи нуклонов в уране и в альфа-частице – всего около 0,57 МэВ. Рано или поздно ядро урана не выдерживает ужасов социалистического общежития и скученности 238 нуклонов на ограниченной жилплощади – и выталкивает из себя альфа-частицу. Альфа-частица, со своим «блэкджеком и поэтессами», успешно улетает, ну а 238U превращается через пару быстрых β-распадов… в тот же уран, изотопа 234U. В то же самое социалистическое общежитие, но уже с 234 жителями.
Исходя из такой мощной энергии связи альфа-частицы, мы можем теперь по-настоящему понять график распространенности химических элементов во Вселенной.
Как видите, «магистральное шоссе» синтеза ядер у нас четкое и однозначное.
Водород горит в гелий, гелий горит в углерод и кислород, кислород и углерод горят в кремний, а кремний горит в железо.
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 эти головешки и жгут коричневые карлики и собираются поджечь хитрые ученые.
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.
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 по два-три нейтрона, плюс еще немножко – от осколков деления урана.
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?