Синтез водорода как источник электроэнергии

Настороженность в американском обществе по отношению к ядерной энергетике, основанной на делении ядра, привела к росту интереса к водородному синтезу (термоядерной реакции). Эта технология была предложена как альтернативный способ использовать свойства атома для производства электроэнергии. Это прекрасная идея в теории. Водородный синтез более эффективно превращает материю в энергию, чем расщепление ядра, причем этот процесс не сопровождается образованием радиоактивных отходов. Однако работоспособный термоядерный реактор еще только предстоит создать.

Термоядерный синтез в солнце

Физики считают, что Солнце преобразует водород в гелий за счет термоядерной реакции синтеза. Термин «синтез» означает «объединение». Водородный синтез требует высочайших температур. Мощная гравитация, создаваемая огромной массой Солнца, постоянно поддерживает его ядро в сжатом состоянии. Это сжатие обеспечивает в ядре температуру, достаточно высокую для возникновения термоядерного синтеза водорода.

Солнечный водородный синтез — многоступенчатый процесс. Сначала два ядра водорода (два протона) сильно сжимаются, испуская позитрон, также известный как антиэлектрон. Позитрон имеет ту же массу, что электрон, но несет положительный, а не отрицательный единичный заряд. Кроме позитрона, при сжатии атомов водорода выделяется нейтрино — частица, напоминающая электрон, но не имеющая электрического заряда и способная в огромных пределах проникать сквозь материю (Иными словами, нейтрино (нейтрино малой энергии) чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом. Длина свободного пробега некоторых видов нейтрино в воде составляет около ста световых лет. Также известно, что без видимых последствий каждую секунду через уело каждого человека на Земле проходит примерно 10 нейтрино, испущенных Солнцем.).

Синтез двух протонов сопровождается потерей единичного положительного заряда. В результате один из протонов становится нейтроном. Так получается ядро дейтерия (обозначается 2Н или D) -тяжелого изотопа водорода, состоящего из одного протона и одного нейтрона.

Дейтерий также известен как тяжелый водород. Ядро дейтерия объединяется с еще одним протоном и формирует ядро гелия-3 (Не-3), состоящее из двух протонов и одного нейтрона. При этом испускается пучок гамма-излучения. Далее два ядра гелия-3, образовавшиеся в результате двух независимых повторов описанного выше процесса, объединяются, формируя ядро гелия-4 (Не-4), состоящее из двух протонов и двух нейтронов. Этот изотоп гелия используется для наполнения аэростатов легче воздуха. На финальной стадии испускаются два протона, которые могут провоцировать дальнейшее развитие реакции синтеза.

В процессе «солнечного синтеза» общая масса создающейся материи немногим превышает общую массу изначальных ингредиентов. «Недостающая часть» преобразуется в энергию, согласно знаменитой формуле Эйнштейна:

Е = mс²,

где Е — энергия в джоулях, m — «недостающая масса» в килограммах, а с — скорость света, равная (в вакууме) 299 792 458 м/с. Солнце производит таким образом колоссальное количество энергии, так как ядра водорода преобразуются в ядра гелия безостановочно и в огромных количествах. В Солнце достаточно материи для того, чтобы процесс водородного синтеза продолжался миллионы тысячелетий. Со временем запас водорода подойдет к концу, но это случится не при нашей жизни.