Рассказы об электричестве - [110]

А теперь сделаем небольшое деловое отступление.

Как работает Солнце?

Во-первых, «ядерный котел» нашего светила занимает не так уж много в нем места — примерно 2 % объема в центре. Но в нем сосредоточено 50 % всей массы. Каждую секунду его топка потребляет около 5 миллионов тонн ядерного горючего, обеспечивая выход 4,5·10³³ эрг энергии. Много это или мало? Судите сами: Земля получает из этого потока едва ли стомиллионную долю. И этого оказывается достаточно, чтобы обеспечить нашу жизнь!

Я не стану в деталях расписывать реакции внутри Солнца. Заинтересовавшийся сам их легко отыщет в учебнике (например, Д. Я. Мартынов. Курс общей астрофизики. М., 1971. с. 221–222). Скажу только, что ядра гелия чуть-чуть легче, чем сумма слившихся в них протонов. Этот-то крошечный избыток массы и превращается в энергию. Сначала в виде жестких гамма-квантов и нейтрино. Нейтрино тут же удирают из Солнца, а гамма-кванты, сильно взаимодействуя с веществом, пробираются к поверхности и в конце концов превращаются в кванты оптического излучения. Они-то и греют, они-то и светят нам с вами.

Происходит все это в полном соответствии со знакомым нам уравнением Эйнштейна. И если вы не поленитесь и все-таки подставите в него цифры, а потом сравните с каким-нибудь земным эталоном, то картина получится очень впечатляющая. Вспомните сравнение с сожженным бензином…

Солнце — огромный природный термоядерный реактор.

Кстати, если это сравнение вас не вдохновит — дело безнадежно. Есть среди нас люди, принципиально шарахающиеся от цифр, формул, графиков, от всех современных способов экономной передачи информации. Я, конечно, не могу настаивать на абсолютной правоте суждения, но лично мне они кажутся фигурами несовременными. Отстав в своем развитии от требований времени и не будучи в состоянии его догнать, они превращают свою неспособность в «принципиальность». Об этой «принципиальной» позиции они громко вещают направо и налево, забывая, что этот трюк — «с бородой»…

А теперь — внимание! Идет вторая серия вопросов:

— Сколько состояний вещества мы знаем?

— Три обычных: твердое, жидкое, газообразное; и четвертое — плазма.

— Что такое плазма?

— Ионизованный газ, состоящий из «ободранных» атомных ядер и электронов.

— Какую плазму мы знаем?

— Низкотемпературную (Т=10⁵ К)₇ используемую в ионных приборах, газовых лазерах, плазмотронах, МГД-генераторах, плазменных двигателях, а также в плазменной металлургии, обработке и в бурении. Высокотемпературную (Т=10⁶-10⁸ К) из смеси дейтерия и трития, которая предполагается быть использованной для управляемого термоядерного синтеза — термояда.

— Чем отличается плазма от обычного газа?

— Частицы плазмы не самостоятельны, а представляют собой единый коллектив, систему. Разреженная лабораторная плазма всегда является системой неравновесной и стремится к саморазрушению.

— Почему устойчивы звезды, состоящие из плазмы?

— Потому что звездные условия не чета лабораторным. На Земле их так просто не достигнуть.

Если, услышав слово «плазма», вы подумаете, будто это нечто исключительное, то непременно ошибетесь. В состоянии плазмы находится подавляющая часть вещества Вселенной. Тут и звезды, и галактические туманности, межзвездная среда и даже внешняя оболочка нашей собственной земной атмосферы. Не говоря уж о том, что Земля просто купается в плазме в виде солнечного ветра. Правда, искать природную плазму на поверхности нашей планеты — занятие безнадежное. Ее не существует. Исследователи довольно давно научились ее получать искусственно в лабораториях, но вот свое название она получила совсем недавно.

Все в тех же 20-х годах нашего века два американских физика, Ленгмюр и Тонкс, изучая газовый разряд, назвали греческим словом «plasma», что означало в переводе — «вылепленное», «оформленное», ионизованный электрический нейтральный газ, содержащий равное количество положительных и отрицательных зарядов. Этот газ-плазма оказался настолько отличающимся от всех известных физикам состояний вещества, что был выделен и стал самостоятельным объектом исследования.

Вещество в мире высоких температур

Давайте попробуем каким-нибудь способом постепенно разогревать кусок обычного, вполне земного вещества, хоть железяку. Сначала она раскалится, засветится. Затем связи в ней ослабнут, и она расплавится. Потом жидкость испарится и перейдет в газ. При дальнейшем нагреве молекулы газа не выдержат и разорвутся на атомы. Еще дальше — газ станет атомарным. А там начнут Сдаваться и атомы. Электроны будут отрываться от ядер, и газ начнет переходить в плазму.

Примерно к десяти миллионам градусов плазма окажется полностью ионизованной. То есть вещество будет состоять из «голых», ободранных ядер и свободных электронов, которые мечутся в разные стороны, стремясь во что бы то ни стало сбросить возбуждение, отдать сообщенную энергию и обрести, образно говоря, покой.

При ста миллионах градусов частицы плазмы обретают такую скорость, что при встречах ядра могут начать разрушаться. Здесь мы подошли к границе ядерных превращений.

При миллиарде градусов вещество будет состоять уже только из протонов и электронов. Ядра распадутся. А при температурах более десяти триллионов (10