Термоядерное оружие - [68]
Оба эти требования удалось выполнить остроумным и в то же время простым приемом. Теоретические расчеты показали, что когда электрический ток в трубке возрастает, возникают магнитные силы, стремящиеся сжать электроразряд, оторвать его от стенок трубки и резко уменьшить его поперечное сечение.
Упомянутые магнитные силы преодолевают электрические силы отталкивания, существующие между одноименно заряженными частицами. Чем сильнее разрядный ток, тем отчетливее должно сказываться сжатие электроразряда.
Разрядная трубка, в которой проводились опыты для проверки теоретических расчетов, схематически изображена на рис. 75.
В трубку помещался дейтерий или его смеси с различными газами при давлении около 0,0001 атм. Когда к трубке прилагалось напряжение около 50 000 в, то через трубку проходил ток, сила которого в течение нескольких миллионных долей секунды возрастала приблизительно до 500 000 а. В начале разряд заполнял всю трубку, концентрируясь около стенок, как показано на рис. 75,а. Далее разряд быстро сжимался, приобретал форму тонкого ярко светящегося шнура, как показано на рис. 75,б, в и г. Потом сила тока начинала быстро уменьшаться, и разряд прекращался. Несколько увеличенных фотографий средней части разряда, снятых последовательно по мере его сжатия, приведено на рис. 76. Эти фотографии были получены при помощи прибора, позволяющего в течение стотысячной доли секунды производить двадцать снимков. Приведенные на рис. 76 фотографии а, б, в и г показывают, как сжимался шнур во время разряда, что отвечает переходу от картины, схематически изображенной на рис. 75,а, к картине, изображенной на рис. 75,г.
Благодаря действию магнитных сил атомные ядра, сосредоточенные в тонком шнуре разряда, не могут достичь стенки и поэтому не передают ей своей энергии. В результате резко уменьшаются тепловые потери и температура в шнуре разряда повышается до миллионов градусов, в то время как стенка трубки нагревается незначительно. Так как ядра дейтерия из всего объема трубки собираются в незначительном объеме, причем температура резко повышается, давление в шнуре может подняться до нескольких миллиардов атмосфер. При столь высоком давлении и температуре в шнуре могут происходить термоядерные реакции, например образование ядер легкого изотопа гелия из ядер дейтерия по схеме
Эта реакция сопровождается выделением около 25 млрд. кал на 1 г образовавшегося гелия. В разрядной трубке находится около 0,1 мг (миллиграмма) дейтерия, и лишь ничтожная его часть расходуется на образование гелия. Поэтому тепло, выделяющееся при описанных опытах за счет термоядерной реакции, не представляет никакой опасности для экспериментатора.
О том, что в шнуре разряда действительно происходят ядерные реакции, лучше всего можно судить по наличию или отсутствию нейтронов. Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэтому магнитные силы не удерживают их в шнуре разряда. Образовавшись при ядерной реакции, они с большой скоростью вылетают из разрядной трубки. Для обнаружения нейтронов в этих опытах применялась серебряная пластинка, помещенная рядом с разрядной трубкой в парафиновом блоке, как показано на рис. 75,д.
Быстрые нейтроны, попадая в парафин, сначала замедляются, а потом захватываются ядрами серебра по реакции
Образующийся изотоп серебра радиоактивен. Он быстро распадается, выбрасывая бета-частицы. Измерение активности серебряной пластинки после разряда показало, что в ней образовался радиоактивный изотоп — серебро 108, что свидетельствует об испускании во время разряда нейтронов.
Опыты, имеющие целью исследовать возможность проведения термоядерных реакций в мощных разрядах, проводились советскими учеными в различных условиях. Давление газа изменялось от десятитысячных долей атмосферы до 1 атм, прилагаемое напряжение — от 20 тыс. до 100 тыс. в, максимальная сила разрядного тока от 100 тыс. до 2 млн. а. Длина разрядного промежутка изменялась от 5 см до 2 м, а диаметр трубки — от 5 до 60 см.
В этих опытах с несомненностью было доказано, что в шнуре разряда образуются нейтроны, но пока еще не ясно, являются ли они продуктом термоядерной реакции или образуются в результате каких-то новых, еще не изученных процессов.
В недавно вышедшей в США новой книге Ральфа Лэппа «Атомы и люди» автор пишет: «Мы испытали чувство досады, что человек из-за „железного занавеса“ (академик И. В. Курчатов — Прим. авт.) первый рассказал… о контролируемой водородной энергии».
В настоящее время продолжаются работы по созданию установки, в которой можно было бы проводить контролируемую термоядерную реакцию. Расскажем о схеме работы одной из таких предполагаемых установок.
Смесь дейтерия с тритием подается в ионизатор, откуда ионы поступают в активную зону реактора, где при высокой температуре они удерживаются вдали от стенок магнитным полем. Выделяющаяся при термоядерной реакции энергия уводится расплавленным литием. При реакции дейтерия с тритием выделяются нейтроны, которые захватываются литием, причем образуется тритий. Нагретый литий отдает в теплообменниках тепло воде. Это тепло используется для получения электрической энергии. Из расплавленного лития в очистительной колонне выделяется тритий, который используется в термоядерной реакции.
