ЭНЕРГИЯ ВСЕЛЕННОЙ

THE ENERGY OF THE UNIVERSE

Mikhail Surkov

student, Faculty of Political and Social Technologies, Russian State Social University,

Russia, Moscow

Damir Bekbulatov

scientific supervisor, senior lecturer, Russian State Social University,

Russia, Moscow

Термоядерный синтез.

“Если вы преуспеете в использовании открытий ядерной физики на благо мира, это распахнет дверь в новый земной рай” – Альберт Эйнштейн

Звёздные процессы

Термоядерный синтез – это сплавление, реакция, в которой два лёгких ядра соединяются, чтобы образовать более тяжёлое ядро. Во время этого высвобождается большое количество энергии, формы различные, таких как свет, тепло и жидкость. Водород – основа термоядерного синтеза. Изотопы водорода: дейтерий, в состав которого входит один протон и один нейтрон, и тритий, в состав которого уже входит один протон и два нейтрона. Взаимодействие этих изотопов, при высоких температурах и больших давлениях ядра, преодолевая при этом различные отталкивающие потенциалы, начинают взаимодействовать друг с другом. Когда ядра трития и дейтерия достигают определённого расстояния, где действует сильное ядерное взаимодействие, они объединяются в одно ядерное ядро гелия. В этот момент высвобождается колоссальное количество энергии, что делает термоядерный синтез таким важным и интересным процессом.

Что является источником энергии внутри звёзд? На рубеже 19-20 веков физика столкнулась с рядом загадок, связанных с процессами внутри звёзд, в том числе и нашего Солнца. Одной из ключевых проблем было объяснение механизма, с помощью которого звёзды создают огромное количество энергии. Тогда ещё не было точных данных о структуре атомов и процессах, происходящих в их ядрах, но физики начали предлагать теории, которые позже сформировали основу для понимания термоядерного синтеза. Ханс Бете сыграл важную роль в разработке теоретических основ термоядерного синтеза. Его ключевая работа в этой области была опубликована в 1939 году. Он предложил, что процесс преобразования водорода в гелий, который происходит в ядрах звёзд, включает в себя серию ядерных реакций. Альберт Эйнштейн также внёс свой вклад в понимание энергетики звёзд. Его знаменитая формула E=mc² утверждает, что масса и энергия взаимосвязаны, и это понимание было крайне важным для теории термоядерного синтеза. Суть заключается в том, что в процессе синтеза новых ядер происходит небольшая потеря массы, которая освобождается в виде энергии в соответствии с формулой Эйнштейна.

В 1939 году Генри Норрис Расселл совместно с физиком Фредериком Хойлем предложил идею, что ядерные синтезы, могут быть ключевым механизмом, обеспечивающим Солнце энергией. Идея заключалась в том, что высокие температуры и давление в центре Солнца создают условия, при которых протоны (ядра водорода) могут сталкиваться и объединяться в гелий. Этот процесс сопровождается высвобождением огромного количества энергии, в соответствии с известной формулой Эйнштейна, где масса преобразуется в энергию. Рассел и Хойль предположили, что термоядерные реакции в Солнце могут обеспечивать его долгосрочную энергетическую активность. Эта идея представляла собой значительное изменение в том, как мы понимаем источник солнечной энергии. До этого считалось, что Солнце могло быть просто горячим, огромным газовым шаром, который светился за счет высокой температуры и давления, но механизм, как именно это происходит, был мало известен.

Концепция термоядерной энергии начала развиваться во время Второй мировой войны и продолжила своё развитие после неё. Суть термоядерной реакции заключается в объединении лёгких ядерных частиц в более тяжёлые при высоких температурах и давлениях, что освобождает колоссальное количество энергии. Исследования в этой области стали важными во время войны, особенно после того, как была разработана первая атомная бомба. В 1952 году в США был проведён первый успешный испытательный взрыв термоядерной бомбы под названием "Майк". Этот взрыв был частью проекта Иви ("Ivy"), который исследовал возможности использования термоядерной энергии для создания оружия. В дальнейшем разработка термоядерного оружия и технологий продолжала своё развитие в различных странах. Однако, помимо военных целей, термоядерные реакции также исследовались в рамках создания источников энергии. Разработка термоядерных реакторов для производства энергии является одной из перспективных областей энергетики, хотя и представляет собой огромные технические и инженерные вызовы.

Исследования термоядерных реакций в космосе играют важную роль в нашем понимании солнечной активности и явлений, происходящих в ядре Солнца. Одним из ключевых инструментов для таких исследований была "Орбитальная обсерватория динамического действия" (Orbiting Solar Observatory, OSO), которая действовала с 1960 по 1970 годы. OSO была серией космических обсерваторий, предназначенных для изучения Солнца в различных диапазонах электромагнитного излучения. Эти обсерватории были разработаны для наблюдения за солнечной активностью, включая солнечные вспышки, солнечные пятна и другие явления, связанные с солнечной энергией.

Также нельзя не упомянуть о двух ключевых проектах, связанных с этой областью, - это термоядерный эксперимент Токамак в СССР и Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER).

После Великой Отечественной войны советские ученые активно разрабатывали термоядерный реактор. Изначально, в 1950 году, академик Игорь Тамм и Андрей Сахаров предложили концепцию токамака. Это система, в которой плазма изотропно нагревается и поддерживается с помощью магнитных полей. В середине 1960-х годов в СССР был создан первый токамак — Токамак Т-1. В последующие годы были созданы более совершенные установки, такие как Токамак Т-3 и Токамак Т-4. Эти эксперименты с токамаками в СССР внесли огромный вклад в развитие термоядерной науки и технологий.

В конце 20 века, в 1985 году, представители Совета Европы, США, СССР, Японии и Южной Кореи подписали соглашение о создании совместного проекта – ITER. Этот проект представляет собой международный коллективный подход к созданию термоядерного реактора. Основная цель ITER – добиться самостоятельного сжигания термоядерного топлива и генерации значительного количества энергии. Реактор строится в Кадараше, Франция, и должен стать самым большим термоядерным реактором на Земле. В процессе строительства и эксплуатации ITER планируется получить ценные данные для развития термоядерной энергетики. Продолжаются работы по созданию установок, таких как ITER, в рамках международного сотрудничества, чтобы получить возможность контролировать термоядерный синтез для генерации энергии.

Освоение и развитие теории термоядерного синтеза Россия продвинулась и опередила всех, наши ученые понимают физику того процесса, у нас существуют термоядерные реакторы, которые дают  энергию. Таким образом, термоядерный синтез играл важную роль в исследованиях и разработках не только в течение 20 века в военных и мирных направлениях, но и по сегодняшний день.

Список литературы:

1. Стивен Вайнберг Мечты об окончательной теории: физика в поисках самых фундаментальных законов природы 2008 г., Глава XI
2. В будущем Россия перейдет на термоядерную энергетику https://www.atomic-energy.ru/smi/2012/03/15/31872