Радиоактивность. Ядерный синтез

      Выше была рассмотрена возможная причина устойчивости ядер атомов. Ядро устойчиво, потому что, у составляющих его протонов и нейтронов не хватает энергии, чтобы покинуть ядро. Эту энергию они потеряли при возникновении ядра. Тогда протоны и нейтроны находятся в энергетической «яме», из которой они не могут выбраться, без поступления энергии извне. Однако, явление радиоактивности показывает, что не все ядра атомов устойчивы. Главной характеристикой явления радиоактивности является период полураспада неустойчивых ядер атомов. Это время, за которое распадётся половина первоначального количества ядер. Но это не значит, что оставшаяся половина ядер распадётся за такое же время. За это время распадётся половина от половины и т.д. Для описания явления радиоактивности очень удобен вероятностный подход. Но он совершенно не говорит о физической сущности явления, о причинах запускающих распад ядра именно в этот момент времени. Рассматривая одно ядро неустойчивого атома, мы совершенно не в состоянии точно определить заранее, когда оно распадётся.
     Итак, в неустойчивых ядрах существуют какие-то параметры, приводящие к распаду, и эти параметры должны сложиться в определённой комбинации. Взглянем на явление радиоактивного распада с точки зрения нашего предположения. Если в устойчивом ядре атома протоны и нейтроны находятся в энергетической «яме», выбраться из которой могут только при поступлении энергии извне, то неустойчивые эту энергию имеют. Она распределена между нуклонами, и при определённой комбинации может привести к распаду ядра атома с выделением некоторого количества энергии. Энергии содержащейся в ядре неустойчивого атома конечно недостаточно, для того чтобы все нуклоны получили свободу. Неустойчивое ядро может распасться только на такие фрагменты, энергетические «ямы» которых более глубокие.
     В какой форме «запасена» энергия нуклонов в неустойчивом ядре? Это потенциальная или кинетическая энергия? Возможно, эти формы переходят друг в друга, и тогда ядро атома это не прилегающие друг к другу неподвижные нуклоны, а система двигающихся нуклонов с возможностью передачи энергии друг другу. И тогда в определённый момент может сложиться комбинация параметров (взаимного расположения нуклонов и величина энергии каждого нуклона), приводящая к распаду ядра атома.

     Теперь рассмотрим ядерный синтез. Ядерным синтезом называют слияние лёгких ядер в одно, сопровождающееся выделением энергии. Перед человечеством всё ближе встаёт проблема энергетического кризиса. Одним из вариантов выхода из него была бы управляемая реакция ядерного синтеза. В этом способе получения энергии много плюсов: нет загрязнения окружающей среды, радиационная безопасность и большие запасы «топлива». Реакция дейтерия с тритием отодвинула бы энергетический кризис надолго, реакция дейтерия с дейтерием дала бы практически неисчерпаемый источник энергии. Неудивительно, что в создании реактора ядерного синтеза заинтересованы многие страны и работают большие коллективы учёных. После создания водородной бомбы, во взрыве которой осуществлялась неуправляемая ядерная реакция синтеза, казалось необходимо только обуздать выделяемую энергию. Превратить неконтролируемый взрывной процесс в управляемую реакцию, при которой энергия выделялась бы постоянно, небольшими порциями, при этом покрывала затраты энергии на создание необходимых условий. По началу представлялось, что решение этой проблемы много времени не займёт, по аналогии с атомной бомбой и атомной электростанцией. На деле оказалось, что не всё так просто. Прогнозы на запуск реактора ядерного синтеза не оправдывались, и дату приходилось переносить всё дальше и дальше. Не решена эта проблема и сейчас.
      Саму возможность реакции доказал взрыв водородной бомбы. То, что ядерный синтез идёт в недрах звёзд мало сомнений. Реакция синтеза осуществлена и в опытных установках, однако, пока затраченная энергия многократно превышает полученную. При этом, во всех установках моделируются условия, существующие в недрах звёзд и в эпицентре атомного взрыва, а эти условия очень жёсткие: температуры в сотни миллионов градусов, высокая плотность плазмы. К этому добавляется необходимость удерживать такие условия не менее секунды, иначе выделенная энергия не окупит затраченную. От необходимости высоких температур, для преодоления энергетического барьера, реакции ядерного синтеза стали называть термоядерными реакциями.
       Но так ли нужна приставка «термо»? Давайте рассмотрим вопрос с точки зрения нашего предположения. Тогда для осуществления ядерного синтеза необходимо, чтобы исходные ядра перевели часть своей потенциальной энергии в кинетическую, не менее разницы в гравитационных массах первоначальных ядер и полученного. Вторым условием является сближение реагирующих ядер (традиционно достигается высокими температурами). И в третьих, чтобы процесс не пошёл в обратном порядке, необходимо изъять излишек кинетической энергии. Для этого необходимо удержать приближенные ядра какое-то время (возможно, ставшая излишней энергия в таких условиях будет испущена в виде излучения, и тогда два реагирующих ядра не смогут разлететься при снятии условия приближения, и получиться одно общее ядро атома). Однако, возможно, для изъятия ставшей лишней энергии, в условиях сближения ядер, необходима какая-то третья частица, находящаяся поблизости. Так как при любом сближении частиц, часть потенциальной энергии переводится в кинетическую, то второй пункт дополняет первый. Очерёдность второй и третьей операции, возможно несущественна.
     С помощью чего можно в данном случае перевести потенциальную энергию в кинетическую? Сторонними силами проблематично упорядоченно воздействовать на ядра атомов, тем более что на их создание необходимо затратить энергию, и выгоды по сравнению с традиционными методами не будет. Гравитационным полем мы тоже воспользоваться не можем, так как не можем им управлять, а необходимая гравитация существует только в звёздах. А вот электрическое поле открывает нам большие возможности. Главное только не накачивать частицы дополнительной энергией, а заставить потенциальную перейти в кинетическую форму. Может так легче и экономичней произвести ядерный синтез, и получить долгожданную энергию?