Найти температуру зажигания термоядерной реакции не так просто. Термоядерный синтез, безусловно, осуществится, когда средняя энергия ядер превысит высоту потенциального барьера для ядер, участвующих в реакции. Для ядер водорода это около 500 килоэлектроновольт, что соответствует 4 000 000 000 градусов. 4 миллиарда градусов — это вряд ли достижимая температура в земных условиях. Но это не должно нас обескураживать. Вспомним, что даже при более низких температурах есть ядра, энергия которых во много раз превышает среднюю. Самое же важное то, что возможны также и подбарьерные реакции, когда ядра с малой энергией проникают сквозь потенциальный барьер. Так при температуре лишь в миллиард градусов уже осуществляется термоядерная реакция. А начаться она способна даже при более низкой температуре. К сожалению, эта «низкая» температура все же очень высока и составляет десятки и сотни миллионов градусов.
Для двух ядер дейтерия, средняя энергия которых соответствует температуре 20 миллионов градусов, вероятность ядерной реакции в 1047 (!!) раз больше, чем для ядер при температуре в 200 тысяч градусов. Следует еще учесть, что чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение, тем чаще происходят столкновения ядер, в том числе и ядер, находящихся в «хвосте» максвелловского распределения, для которых вероятность проникновения сквозь потенциальный барьер относительно велика.
Благодаря этому температура в десятки и сотни миллионов градусов оказывается достаточной, чтобы обеспечить зажигание целого ряда термоядерных реакций.
Физики обладают в настоящее время всеми данными для подсчета температуры, при которой начинаются различные термоядерные реакции. Это не очень сложные расчеты. Но нам незачем приводить здесь громоздкие формулы и вполне достаточно ограничиться рассуждениями, разъясняющими метод подобных вычислений.
Прежде всего нам надо знать число ядер, обладающих различной энергией при данной температуре Т. Это даст нам максвелловское распределение частиц по энергии. Теперь, пользуясь законами кинетической теории газов, мы можем подсчитать число столкновений частиц с различной относительной скоростью (а следовательно, и энергией). Чтобы узнать число ядерных реакций, нам надо воспользоваться эффективным сечением. Оно будет различно для разных энергий сталкивающихся частиц. Его значения можно найти из кривой зависимости эффективного сечения ядерных реакций от энергии ядер, полученной экспериментальным путем. Например, для реакции дейтерия с тритием такая кривая приведена на помещенном здесь рисунке. Таким путем мы можем подсчитать полное число ядерных реакций, происходящих во всем реагирующем объеме, и определить выделяющуюся там ядерную энергию.
Самоподдерживающаяся реакция начнется при такой температуре, когда выделяющаяся в ядерных реакциях энергия будет достаточной для того, чтобы температура ядерного горючего оставалась постоянной. Очевидно, что температура может понижаться только за счет ухода энергии из вещества. Поэтому условием начала термоядерной реакции будет ситуация, когда выделяющаяся при реакции энергия должна быть равна или больше уходящей из объема реакции путем теплообмена с окружающей средой.
