Предположим, что идут ядерные реакции, в результате которых 4 ядра легкого водорода соединяются в 1 ядро гелия, то есть:
4 протона 1 гелий 4 2 позитрона -j- 2 нейтрино.
Энергия связи протонов так же, как и всех свободных частиц, равна нулю. Поэтому вся выделяющаяся в этих ядерных реакциях энергия численно равна энергии связи ядра гелия4, то есть 28,11 Мэв. А это огромная энергия! На единицу веса ядерного горючего ее здесь выделяется в восемь раз больше, чем при делении урана.
Мы не станем перечислять все мыслимые ядерные реакции синтеза. Наиболее важные из них идут между изотопами водорода, гелия и лития. Обратим внимание на ядерное взаимодействие между дейтерием2 и тритием3:
дейтерий2 -j- тритий3 гелий4 -)- нейтрон1.
Разность энергий связи правой и левой частей составляет 17,6 Мэв, а это энергия, выделяющаяся в данном синтезе. Если заинтересоваться результатом слияния двух ядер дейтерия2, то увидим два возможных варианта: в одном случае получаются тритий3 и протон1, а в другом — гелий3 и нейтрон1.
В обоих случаях выделяется небольшая энергия: около 3,5 Мэв. Однако они интересны тем, что здесь используется в качестве ядерного горючего тяжелый изотоп водорода, запасы которого на земле очень велики. Кроме того, эти процессы дают новые ядра, являющиеся очень эффективным ядерным горючим: тритий3 и гелий3 вступают в реакцию с дейтерием2.
Много энергии выделяется в ядерном синтезе с использованием изотопов лития и водорода.
Таким образом, открываются богатые возможности для использования в качестве ядерного горючего целой группы изотопов легких элементов. Однако на пути практического получения промышленной энергии ядерного синтеза надо преодолеть очень серьезные препятствия.
Мы уже говорили, что между нуклонами в атомном ядре действуют мощные ядерные силы, что они короткодействующие и проявляются только внутри ядра. В то же время положительно заряженные нуклоны — протоны — на больших расстояниях расталкиваются электростатическими силами. Вот почему для слияния двух ядер необходимо, чтобы хоть одно из них обладало достаточно большой энергией и было способно преодолеть электростатические силы отталкивания.
Элементарный расчет дает возможность оценить величину сил отталкивания. Возьмем 2 ядра дейтерия, в каждом из которых по 1 протону. Представим себе, что одно ядро дейтерия покоится, а второе к нему приближается. По мере сближения электростатическое отталкивание между ними растет и достигает максимального значения, когда они соприкасаются. Эта сила, подсчитанная по известному закону Кулона, равна примерно 2,5 килограмма.
Чтобы наглядней представить колоссальность ее, посмотрим на развиваемое сближающимися ядрами давление, которое определяется как сила, действующая на квадратный сантиметр поверхности. Сила известна, поэтому учтем площадь ядра, так как обычная атмосфера — это килограмм на квадратный сантиметр. А тогда получается, что между ядрами действует 2,5 -1025 атмосфер. Невероятно громадное давление! Его трудно не только представить, но даже выговорить. А преодолеть способна лишь очень быстрая энергичная частица.
