"...Твердый раствор трансплутониевых изотопов.., эквивалент первичного протовещества, давшего начало Вселенной" (Альфред Бестер "Тигр! Тигр!"). Инфляционная модель появления Вселенной предполагает ее рождение со всем содержимым из квантовых флуктуаций вакуума, а не из какой-либо разновидности обычного вещества, которое до начала жизни Вселенной не могло существовать.
Оставшиеся на Земле от давних посещений галактов износостойкие изделия изготовлены из трансуранового элемента с порядковым атомным номером 161 (Джек Макдевит "Звездный портал"). Последним элементом периодической таблицы, имеющим стабильные изотопы, является уран с порядковым номером 92. Атомные ядра более тяжелых элементов неустойчивы по отношению к распаду. Поэтому такие элементы могут встретиться в природе лишь спустя небольшое время после порождающих их звездных катастроф, а их искусственно получаемые атомы живут короткое время, и чем больше атомный номер, тем это время в среднем короче.
Трансмутацию - целевое превращение одних химических элементов в другие (Айзек Азимов "Основание", "Основание и империя", Пол Андерсон "Сатанинские игры", Ларри Нивен "Мир-Кольцо") - настолько редко можно представить происходящей через последовательность одних лишь стабильных изотопов, как пытался утверждать Роберт Хайнлайн в романе "Шестая колонна", что с этой возможностью не стоит даже считаться. Практически всегда возможная цепочка превращений, например, последовательность вторичных звездных термоядерных реакций, должна включать в себя промежуточные нестабильные изотопы, распадающиеся с выделением того или иного опасного для жизни радиоактивного излучения, как это верно подметил Пол Андерсон в романе "Три сердца и три льва". Поэтому широкое применение трансмутации потребовало бы не только избытка дешевой энергии, но и развитой технологии очистки конечного продукта от радиоактивных примесей. Сложностей возникает не меньше, чем у средневековых алхимиков с их поисками волшебного философского камня, якобы способного проделывать такое превращение.
В романе "Уолдо" Роберт Хайнлайн предлагает почти неисчерпаемый источник энергии на основе ядерной реакции превращения меди в фосфор, кремний и гелий-3. Это не очень удачный пример, так как медь находится недалеко от максимума удельной связи нуклонов в периодической таблице элементов и поэтому деление прочно связанных ядер ее стабильных изотопов требует либо высочайших температур внутризвездного уровня, либо эквивалентных энергий налетающих на ядро быстрых частиц. С учетом ненамного меньших энергий связи в ядрах фосфора и кремния и то, и другое не позволяет надеяться на более или менее пристойную эффективность подобной реакции. При подсчете полного баланса нельзя ориентироваться только на высокую исходную энергию связи, надо обязательно учитывать, сколько придется затратить на ее разрыв и сколько требуется на формирование ядер конечных продуктов. Не зря же на атомных электростанциях для деления атомных ядер на одинаковые в среднем "половинки" используют наиболее тяжелые, неустойчивые элементы периодической системы. Несмотря на малую удельную энергию связи в их ядрах, конечная эффективность здесь может быть выше, чем в случаях гипотетических "средних" альтернатив. В том числе потому, что тяжелые ядра могут делиться нейтронами, рождающимися в предшествующих актах деления, а это позволяет организовать цепную, самоподдерживающуюся реакцию без дополнительного приложения внешней энергии. По той же причине вряд ли при обычных условиях существует катализатор, расщепляющий атомы железа (Альфред Бестер "Адам без Евы"), которые отличаются максимальной энергией связи нуклонов.
Чарлз Шеффилд описал будущее конца XXI века, когда малогабаритные и надежные термоядерные модули обеспечивают основные энергетические потребности промышленности и транспорта ("Холоднее льда", "Темнее дня"). В наиболее распространенной звездной реакции термоядерного синтеза сливаются ядра самого легкого элемента - водорода, образуя ядра следующего элемента, гелия (Роджер Желязны, Томас Т. Томас "Вспышка"). Ядро основного изотопа водорода состоит из единственного протона, а ядро гелия-4 - уже из двух протонов и двух нейтронов, поэтому разница удельных энергий связи между ними очень высока. Соответственно, энергетический выход реакции синтеза гелия из водорода в десятки раз больше, чем в случаях реакций деления тяжелых ядер. Дополнительным преимуществом "термояда" является отсутствие долгоживущих радиоактивных продуктов, характерных для процессов деления. Недостаток его вытекает из того же достоинства - это необходимость создания сверхвысоких температур и давлений для протекания реакций синтеза. Сейчас в нескольких странах ведутся эксперименты по искусственному термоядерному синтезу, который, как можно надеяться, в будущем станет важным источником энергии.
Катализируемые мюонами термоядерные реакции стали источником дешевой энергии и вызвали массовое строительство миниатюрных реакторов, пригодных для применения на транспорте (Артур Кларк "2061: Одиссея Три"). Отрицательно заряженные мюоны (мю-мезоны) действительно способны ускорять термоядерные реакции за счет образования мезоатомов, в которых мюон занимает место электрона. Так как мюон в двести с лишним раз тяжелее электрона, атомы мезоводорода имеют гораздо меньшие эффективные размеры, чем нормальные "электронные" атомы, что заметно облегчает достижение температур, при которых начинаются термоядерные реакции со столкновением и последующим слиянием ядер таких мезоатомов. Нерешенная до сих пор проблема состоит в том, что затраты энергии на получение мюонов пока в сотни раз превышают тот выход реакций, который достигается с их участием. Похоже, здесь фантасты опередили реальный график.
Для долгосрочных космических путешествий полезна "безнейтронная" термоядерная реакция изотопа гелий-3 с тяжелым изотопом водорода, дейтерием, дающая только электрически заряженные частицы, которыми легко управлять при формировании выхлопа реактивных двигателей (Чарлз Шеффилд "Холоднее льда", Бен Бова "Колония"). Предложение последней реакции вполне естественно, в ней исключаются трудности, связанные с управлением не имеющими заряда нейтральными продуктами. При этом сложность переносится на другой уровень - содержание гелия-3 в природе чрезвычайно мало. Его концентрация несколько выше в поверхностных породах Луны за счет долгого воздействия на них солнечного ветра, отсюда возникают предложения по его добыче при освоении спутника нашей планеты.
Почти случайно в космосе обнаруживается небесное тело с необычайно высоким содержанием сверхтяжелых элементов, остаток дальней планеты сверхновой звезды (Пол Андерсон "Путеводная звезда"). Когда в звезде главной последовательности выгорает основная часть содержащегося в ней водорода, температура ее центральных областей падает, нарушая равновесие между давлением выделяемого при реакции излучения и гравитационным притяжением. Звезда начинает сжиматься с повышением давления и температуры в центре. Как только их значения станут достаточными для синтеза ядер углерода из ядер гелия, термоядерные реакции начнут протекать по этому пути. Для этого звезда должна иметь достаточно большую массу, иначе гравитация будет слаба и не сожмет вещество до нужной степени. Если звезда обладает начальной массой, примерно в десять и более раз превышающей массу нашего Солнца, то при выгорании в ней основной части водорода гравитация может "схлопнуть" ее выгоревшее ядро до малого размера с почти мгновенным превращением высвободившейся потенциальной энергии в огромное количество тепла. Это тепло инициирует быстропротекающие термоядерные реакции, в том числе во внешних слоях звезды, в которых из-за более низких температур еще сохраняется водород. В результате процесс приобретает характер взрыва с моментальным "пробегом" цепочек термоядерных реакций и синтезом тяжелых элементов. Обогащенная ими наружная оболочка звезды "отскакивает" от сжатого квазитвердого ядра и выбрасывается в окружающее пространство, а интенсивность испускаемого излучения резко возрастает в миллионы и миллиарды раз. Это один из двух наиболее вероятных механизмов вспышек сверхновых звезд, насыщающих космос тяжелыми элементами (Пол Андерсон "Путеводная звезда", Аластер Рейнольдс "Пространство откровения") наряду со слиянием нейтронных звезд, при котором синтезируются наиболее массивные атомные ядра. Оставшееся после этого ядро сжимается до состояния нейтронной звезды или, при достаточно большой массе - до "черной дыры".