Когда выделяется энергия при химических или ядерных реакциях, всегда исходные продукты отличаются от конечных меньшей энергией или силой связи частиц, участвующих в реакции. Эта именно разница энергии связи выделяется в ходе реакции способом, зависящим от вида реакции. Эту энергию можно превращать дальше, например, в электрическую.

В реакции горения, которая является химической реакцией, используется разница между энергией связи атомов углерода и кислорода в двуокиси углерода и энергией, например, свободных атомов углерода и кислорода. В реакциях распада тяжелых ядер выделяется в результате более сильной связи ядерных частиц в меньших ядрах, на которые распадается ядро урана или плутония.

А как протекает термоядерная реакция? В некотором отношении она похожа на реакцию сгорания углерода, а именно, она заключается в соединении ядер изотопов водорода ядра гелия, подобно тому, как при химмческом сгорании происходит соединение атомов кислорода с атомами углерода. Посмотрим, как это происходит.
Ядро гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Такая структура отличается особенно прочной связью: энергия связи нейтронов и протонов очень велика. Ядро обычного водорода состоит из одного протона; это простейшее из возможных атомное ядро.

Существуют, однако, изотопы водорода, то есть атомы с более сложными ядрами, дейтерий и тритий. Дейтерий, кроме протона, имеет еще один нейтрон, а тритий — два нейтрона. Нейтроны — это электрически нейтральные частицы: в связи с этим ядро дейтерия и трития обладает таким же электрическим зарядом как ядро обычного водорода. У атомов дейтерия и трития, как и у обычного водорода, — по одному электрону. Один электрон уравновешивает их электрический заряд. Поскольку химические свойства зависят от электронов, а не от ядер, дейтерий и тритий с химической точки зрения ведут себя так же, как водород.

и поэтому все они в химическом отношении являются одним и тем же элементом, хотя их ядра и отличаются друг от друга.
Для того, чтобы получить ядро гелия (ядро, состоящее из двух нейтронов и двух протонов), мы не можем соединять друг с другом ядра обычного водорода или протона, а должны воспользоваться изотопами водорода, ядра которых тоже содержат нейтроны.

Как, однако, довести дело до того, чтобы началась реакция? Ядерные силы, силы притяжения нейтронов и протонов, — это короткодействующие силы. Итак, для того чтобы реакция соединения ядер изотопов водорода вообще могла проходить, надо сначала сблизить эти ядра на расстояние порядка миллионной части сантиметра. ‘Однако это очень трудно сделать, поскольку «адо преодолеть силы отталкивания, действующие между положительно заряженными ядрами. Решение именно этого вопроса позволит провести так называемую контролируемую термоядерную реакцию, контролируемую, то есть такую, которая будет протекать не слишком бурно и не чересчур медленно. Эту проблему удалось решить по отношению к ядерным реакциям типа распада тяжелых ядер (таких, как уран) в реакторах. К сожалению, не удалось пока что построить термоядерный реактор, который дал бы энергию хотя бы в лабораторном масштабе. Единственный известный способ получения энергии в большом масштабе от термоядерной реакции — это так называемая водородная бомба, в которой реакция происходит настолько бурно, что количество энергии, освобожденной за долю секунды, ведет к мощному взрыву.

До сих пор попытки овладения термоядерной реакцией “заключались в образовании сначала из газовой смеси изотопов водорода так называемой плазмы, то есть материи, находящейся в таком состоянии, при котором электроны вырваны из атомов. Таким образом, плазма это нечто вроде газа свободных электрических зарядов, в связи с чем она является хорошим проводником электричества. При прохождении тока через плазму ее температура повышается. Для того, чтобы началась термоядерная реакция, нужна высокая температура порядка нескольких миллионов градусов. Скорость теплового движения при этом настолько велика, что разгон летящих друг на друга ядер, достаточен для преодоления электрического отталкивания и соответствующего сближения ядер.

Однако для получения таких высоких температур необходимо пропустить через плазму ток огромного напряжения, порядка десятков миллионов Ампер. Главную техническую трудность при этом представляет вопрос соответствующей изоляции горячей плазмы от окружающей среды для предотвращения ее охлаждения.

На работы в этой области предназначаются огромные средства, однако, пока что трудно сказать, будет ли в ближайшем будущем решен этот вопрос, или это дело более отдаленного будущего. Во «сяком случае, ученые добиваются здесь все новых успехов. Удается дольше сохранять высокую температуру плазмы, а это значит, что все дольше удается держать горячую плазму вдали от стен вакуумного сосуда.

В заключение можно бы задать вопрос, почему, несмотря на столь большие трудности, предпринимаются попытки решить проблему контролируемой термоядерной реакции, если уже взять под контроль реакция распада тяжелых ядер (урана). Причин тому много. Назовем три самые главные: во-первых, ресурсы урана в мире ограничены, а воды океанов содержат достаточное количество водорода, во-вторых, энергия, полученная при термоядерной реакции, в два с лишним раза превышает количество энергии, выделенной при реакции распада тяжелых ядер (на единицу массы топлива), в-третьих, в ходе термоядерной реакции, в отличие от реакции распада ядер, не образуются вредные радиоактивные продукты.

Журнал “Горизонты техники” № 7-76г.