Самое необыкновенное вещество в мире | страница 10

если между собой сталкиваются элементы с атом- ными номерами Z_>l и Z._>;.

18

Конечно, мир атомных величин не очень привы- чен и нагляден, и трудно сразу представить себе, какова же эта энергия — мала или не очень мала. Но легко сообразить, с какой скоростью должны сталкиваться атомы, чтобы преодолеть потенциаль- ную энергию электростатического отталкивания. Они должны обладать не меньшей кинетической энергией или по крайней мере равной. Следовательно, можно написать:

19

массу одного атома можно найти из атомной массы, зная, сколько атомов содержится в одном моле:

Можно найти и скорость, с которой должны столк- нуться атомы, чтобы могла начаться ядерная реак- ция:

У дейтерия атомный номер Z=l. Масса изотопаА — 2, следовательно, скорость атомов должна быть равна: v=3,8 10^>6 м/с, или 3800 км/с. При обычной температуре физикам известна средняя скорость теплового движения у атомов дейтерия, она равна всего лишь 1,9 км/с. При комнатной температуре, равной примерно 293 К, кинетическая энергия мо- лекул возрастает пропорционально абсолютной тем- пературе, или, что то же самое, пропорционально квадрату скорости.

Следовательно, чтобы средняя скорость молекул дейтерия была достаточной для реакции между ядрами, нужно нагреть тяжелый водород до темпе- ратуры:

Итак, сталкиваться и реагировать между собой мо- гут только ядра дейтерия, «нагретые» до темпера- туры свыше миллиарда кельвинов. Вот в этом-то и заключается довольно серьезное затруднение для подлинных героев науки — физиков, посвятивших свою жизнь труднейшей и величественнейшей из проблем — стремлению обеспечить энергией будущие поколения.

Быть может, тяжелую воду можно чем-нибудь за- менить? Ничем. Тяжелая вода как источник тяже- лого водорода для термоядерных реакций с целью получения энергии, по-видимому, незаменима. Это следует из того, что необходимая для начала реак- ции температура сильно возрастает по мере увели- чения атомного номера элемента. В самом деле, попробуйте сами подсчитать, какой температуре будет соответствовать кинетическая энергия частиц, способных преодолеть электростатическое отталки- вание ядер атомов бериллия или кремния. Часть дейтерия можно заменить на тритий, но этого изо- топа в природе почти нет.

Неужели это все-таки возможно? Очень трудно, но возможно. Во-первых, природа и физика идут навстречу исследователям: чтобы началась реакция, не нужно, чтобы весь газ был нагрет до такой не- мыслимо чудовищной температуры. Достаточно, если отдельные атомы будут обладать в нем столь высокой энергией.