Синтез в бомбах, плазма

В термоядерной бомбе происходит реакция водородного синтеза иного типа. Впрочем, если такую реакцию когда-либо взять под контроль, ее также можно будет использовать в термоядерном реакторе. Особенность термоядерного синтеза этого типа состоит в том, что в нем участвуют ядра тяжелого и сверхтяжелого водорода, а не состоящие из одного протона ядра обычного водорода. Ядра дейтерия (2Н или D), состоящие из одного протона и одного нейтрона, объединяются с ядрами трития (ЗН или Т), состоящими из одного протона и двух нейтронов. В результате этого синтеза образуется ядро гелия-4 (Не 4) и выделяется «лишний» нейтрон. При этом выделяется энергия, так же как и в процессе термоядерной реакции в Солнце. Для осуществления реакции этого типа, называющейся дейтериеворитиевым синтезом (или D—T-синтезом), необходим запас дейтерия и трития. Обычный водород для нее не подходит. Теоретически для термоядерной реакции могут подойти и другие комбинации топлива, но D—Т-синтез считается самым распространенным. В Солнце процесс синтеза идет постоянно благодаря высочайшей температуре, которая поддерживается вследствие воздействия высокой гравитации, а также за счет тепла, выделяющегося в процессе самой термоядерной реакции. Температуру же, необходимую для того, чтобы начать реакцию синтеза в термоядерной бомбе, обеспечивает подрыв относительно небольшого по мощности атомного (уранового или плутониевого. — Прим. пер.) заряда. При этом реакция синтеза протекает практически мгновенно и быстро заканчивается. Обеспечить достаточную гравитацию для начала и постоянного поддержания управляемого синтеза такого типа для доступных на Земле запасов водорода, дейтерия или трития невозможно. Топливо для «взрывного» термоядерного синтеза (осуществляемого с целью получения полезной энергии) необходимо каким-либо образом содержать в сжатом состоянии.

Плазма

Если газ нагреть до сверхвысоких температур, электроны покидают оболочку атомного ядра, и атомы становятся ионами. Электрон уходит со своей обычной «орбиты» вокруг положительно заряженного атомного ядра и начинает «свободное» перемещение в пространстве от одного атома к другому. Ионизированный газ, который в своем обычном состоянии является плохим проводником электрического тока, становится хорошим проводником. Это состояние материи называется плазмой. Она отличается по свойствам от «обычного» газа, поэтому считается четвертым агрегатным состоянием вещества (три других — твердое, жидкое и газообразное). В наиболее популярных среди ученых прототипах термоядерных реакторов топливом являются дейтерий и тритий в состоянии плазмы, нагретой до температур, сопоставимых с температурами внутри звезд.

Плазма хорошо взаимодействует с внешними магнитными или электрическими полями. Они могут существенно изменять ее характеристики, заставляя плазму сжиматься, искривляться, «сворачиваться» или растягиваться. Окруженная электрическим или магнитным полем с определенными характеристиками, плазма может сохраняться в небольшом замкнутом пространстве, даже если она нагреется до температуры, способной поддерживать реакцию термоядерного синтеза. Внешние магнитные или электрические поля оказывают на плазму практически то же сжимающее воздействие, какое гравитация внутри Солнца оказывает на газ в его ядре. Использование внешних магнитных полей для сжатия и удержания высокотемпературной D—Т-плазмы во время термоядерного синтеза получило название магнитное удержание.