В настоящее время ученые всех стран мира работают над проблемой осуществления управляемых термоядерных реакций. Некоторые успехи в этой области уже получены в Советском Союзе, США и Англии.
После решения этой проблемы человечество получит огромнейшие запасы внутриядерной энергии, которые полностью обеспечат его потребности в энергетических ресурсах на многие тысячелетия. Можно с уверенностью сказать, что в недалеком будущем люди создадут «свое солнце» на Земле.
Углеродно-азотный цикл термоядерных реакций был впервые предложен Г. Бете в 1939 г.
Рис. 33 Схема ядерных превращений углеродно-азотного цикла.
Этот цикл предусматривает наличие углерода внутри звезд. Полная схема ядерных превращений приведена на рис. 33, а некоторые характеристики — в табл. 10. При наличии углерода и значительно более высоких температурах, чем при протон-протонном цикле, в недрах некоторых звезд может происходить реакция присоединения протона к ядру углерода с образованием изотопа азота N13:
1. С12 + Н1→ Ν13 + γ.
Продолжительность этой реакции 13 млн. лет. Ядро Ν13 неустойчиво, период его полураспада около 10 мин. Испуская позитрон, оно превращается в стабильный изотоп углерода С13:
2. N13 → C13 + e+ + ν.
Вследствие присоединения протона ядро С13 превращается в ядро азота Ν14, изотопа, который составляет основное количество азота в атмосфере Земли:
3. С13 + Η1 → Ν14 + γ.
Продолжительность этой реакции составляет 2,7 млн. лет. Примерно через каждые 320 млн. лет ядро Ν14 захватывает протон и превращается в ядро радиоакивного изотопа кислорода О15:
4. Ν14 + Н1 → О15 + γ.
Это ядро кислорода неустойчиво (период полураспада мин). Оно превращается путем позитронного распада. стабильный изотоп азота N15:
5. О15 → N15 + е+ ν.
Цикл завершается тем, что N15 захватывает протон и распадается на ядро С12 (ядро, с которого начинается цикл реакций) и ядро гелия:
6. N15 + Н1 → С12 + Не4.
Таким образом, мы имеем циклическую реакцию, протекающую примерно за 337 млн. лет, в которой изо-гоп углерода С12 является как бы катализатором, подобно катализаторам в обычных химических реакциях.
Многие реакции углеродно-азотного цикла исследованы в лабораторных условиях. Лучше других изучены реакции С12(ρ, γ)Ν13 и Νι4(ρ, γ)015. На рис. 34 приведены полученные В. Фаулером и другими зависимости сечения этих реакций от энергии протонов. Видно, что их сечения быстро увеличиваются с ростом энергии протонов. Например, сечение реакции С12(р, γ)Ν13 равно 3 X X 10-34 см2 для энергии 313 кэв и возрастает в 20 раз при энергии 358 кэв. Сечение этой реакции удалось определить даже при энергии протонов 80 кэв. Оно составляет 9 · 10-9 мбарн. Это самое минимальное сечение, определенное в настоящее время в лабораторных условиях.