Как только ученые ядерщики научились расщеплять атомное ядро с получением невиданной до этого энергии в единице массы исходного топлива, их взор тут же обратился к другому ядерному процессу – синтезу лёгких ядер, тем более что результаты этого синтеза был у них ежедневно перед глазами в виде вечно горящего Солнца.
1 ноября 1952 года в США был взорван первый термоядерный заряд, а уже 12 августа 1953 в СССР была взорвана первая водородная бомба. С это момента начались работы по обузданию термоядерной реакции. Но если обуздать расщепление атомного ядра удалось уже к июню 1954 года в реакторе Обнинской АЭС, то термоядерный синтез неуправляем до сих пор, не смотря на просто астрономические расходы науки в этом направлении.
В связи с этим возникает смутное сомнение, а верно ли базовое предположением о возможности управляемого термоядерного синтеза.
Синтез, связанный со слиянием протонов в ядро по своей физической природе многократно сложнее получения ядер методом деления, по этому, прежде чем предложить миру идею управляемого синтеза, было рассмотрено три основных варианта его реализации.
Первый – гравитационное сжатие, аналогичное процессам термоядерного синтеза в звездах.
Второй – бомбардировка легких ядер разгонными элементарными частицами или такими же ядрами в циклотронах.
Третий – термический, возможно реализованный в условиях термоядерного взрыва.
Первые два варианта были отброшены как не перспективные, а третий, как возможно уже реализованный, и был предложен широкой общественности, на развитие которого эта «широкая общественность» не скупится до сих пор, хотя за шестьдесят слишним лет практического результата этой общественности представлено не было, даже в лабораторных условиях, не говоря уже о промышленных масштабах.
И так, действительно ли в термоядерном взрыве решающую роль играет температура?
Для того, что бы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть иные кроме Солнца источники термоядерной энергии. Как ни странно именно такой источник находится в прямом смысле слова у нас под ногами, это термоядерный реактор в ядре нашей планеты.
Все планеты Солнечной системы, в том числе её холодные газовые планеты и Плутон на её окраинах в своих недрах несут термоядерные реакторы. Но вот их интенсивность напрямую зависит от массы планеты.
Так у Меркурия и Плутона, обладающих не большой массой их термоядерные реакторы имеют сегодня незначительную мощность. У Меркурия активная вулканическая деятельность по оценкам специалистов завершилась около 3,5 млрд. лет назад, и сегодня нами не наблюдается, так как скрыта в самой глубине его толщи. На Плутоне удалось обнаружить его работу, благодаря испарению с его поверхности льдов и наличию так называемого, достаточно молодого, ледяного вулкана.
У Марса и Венеры их термоядерные реакторы остывают. На Марсе вулканическая деятельность завершилась несколько миллионов лет назад, на Венере она завершается в наше время.
Единственной планетой, в недрах которой еще действует активный термоядерный реактор это Земля.
Для анализа гравитационной границы, на которой может осуществляться стабильный термоядерный синтез могут служить такие малые планеты (астероиды) как Церера и Паллада, имеющие железные ядра, конечный продукт термоядерного синтеза. При этом у Цереры реактор все ещё работает, а у Паллады уже нет. Это позволяет сделать вывод, что в интервале их масс находится граница с одной стороны которой термоядерный синтез скоротечен и реактор быстро себя исчерпывает, с другой термоядерная реакция находится в самоподдерживающем состоянии. В связи с этим, следует ожидать, что внутри Луны термоядерный реактор, все еще находится в действующем состоянии, хотя уже, вероятней всего, близок к исчерпанию.
В пересчете на давление эта граница находится на уровне 10^(25) Па. Иными словами при давлениях ниже критического термоядерная реакция быстротечна, при давлениях больше она становится стабильной (самоподдерживающей).
В этом случае термоядерный реактор Земли должен иметь диаметр менее 100 м с температурой более 10 млн. градусов, которая снижается к границе Гутенберга до 5000 градусов. Высокая температура позволяет существовать веществу земного ядра в жидком состоянии вплоть до границы Гутенберга, где оно частично начинает кристаллизоваться, а частично просачиваться через поры мантии к литосферным плитам, где выходит наружу в виде вулканической магмы. Внутреннее ядро диметром около 2500 км не смотря на огромную температуру за счет гипердавления находится в состоянии тождественному твердому телу, где в самом его центре и находится крохотный термоядерный реактор.
В связи с этим можно описать физику термоядерного взрыва следующим образом. В момент деления тяжелых ядер в центре взрыва давление превышает критическое и происходит запуск термоядерной реакции. По мере падения давления реакция останавливается. Таким образом, движущей силой термоядерного взрыва является давление, катастрофическое изменение которого приводит к резкому увеличению температуры в центре взрыва. Отсюда можно сделать вывод, что сверхвысокая температура, является следствием термоядерной реакции, а не её причиной.
Таким образом, попытки получить стабильную термоядерную реакцию в вакууме обречены на неудачу. Без наличия критического давления термоядерный синтез будет всегда проходить быстротечно и на практике использоваться не сможет.
Нагрев атома в вакууме до температуры свыше 10 млн. градусов, приводит лишь к разрушению его электронной оболочки. Вырвавшиеся электроны, образуют с ближайшими протонами электрические диполи, которые в свою очередь начинают формировать двухатомное ядро. Поскольку диполь неустойчив, то достаточно быстро электрон покидает ядро и захватывается ядром на стационарной орбите. В отсутствии необходимого давления этот процесс достаточно быстро исчерпывается и реакция останавливается. Наоборот, если внешнее давление выше критического, то часть вновь созданных атомов снова разрушается, и начинают формироваться многопротонные ядра вплоть до никеля. Затем, либо давление внешней среды упадет ниже критической за счёт увеличения объёма многопротонных атомов, либо исходное топливо термодинамической реакции исчерпается, тогда самоподдерживающий процесс останавливается, и термоядерный реактор постепенно остынет.
Таким образом, пока человек не научится создавать критическое давление в объёмах достаточных для эксплуатации термоядерной реакции, до тех пор эта реакция будет неуправляема. А поскольку в теории термоядерного синтеза этот вопрос пока не рассматривается, то экспериментальный этап может затянуться на не одну сотню лет, обеспечивая безбедное существование псевдоучёных от ядерной физики.
Если за аналог взять термоядерный реактор Земли, то можно оценить размеры искусственного реактора. Принимая активную зону размером в один миллиметр, полный рабочий диаметр реактора должен быть не менее 10 км. Даже если такой реактор будет работать вечно, стоимость произведенной на нём электроэнергии будет "золотой", так как его безопасность потребует значительно больше затрат, чем обычная атомная станция.
Техническая реализация искусственного ядерного реактора возможна исключительно в неуправляемом режиме. Для этого необходимо взорвать термоядерный заряд в замкнутом объёме способным удержать в своем центре гипердавление в 10^(24) Па или 10^(19) бар. При этом синтез не должен идти далее трития, для чего активная зона реактора должна находится в железо-никелевом сплаве. Остановить такой реактор возможно только сбросом давления ниже критического, но при этом запустить его заново не удастся, надо будет создавать новый.
Можно предположить, что в очень отдаленном будущем, такая технология будет применяться для использования её в освоении межзвёздного пространства.