В конце 2022 года (средина декабря) в научном мире возникла суета, инициированная сообщением министра энергетики США Дженнифера Гранхольма, объявившего о "крупном научном прорыве" в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. В нем говорилось, что ученым этой лаборатории удалось добиться термоядерной реакции с приростом энергии. Все передавали друг другу эту новость и радовались, что вскоре начнут делить шкуру не убитого медведя. Энергия виделась доступной, дешевой и в неограниченном количестве. Вот мы и попытаемся понять – не рановато ли мы радуемся. https://inosmi.ru/20221212/termoyadernaya-258771113.html
Термоядерная реакция современной наукой определяется так:
Термоядерная реакция — разновидность ядерной реакции, при которой лёгкие атомные ядра объединяются в более тяжёлые за счёт кинетической энергии их теплового движения. (Википедия).
Из этого следует, что для того чтобы произошла реакция, надо легкие атомные ядра разогнать до каких-то скоростей. В этом процессе никакая энергия не выделяется, а, напротив, потребляется. Разогрев ядер, то есть придача им кинетической энергии, осуществляется фотонами лазерного излучения. Разогнали ядра, что дальше.
Для того, чтобы произошла ядерная реакция, исходные атомные ядра должны преодолеть так называемый «кулоновский барьер» — силу электростатического отталкивания между ними. (Википедия).
Мы сталкиваем дейтерий 2H и тритий 3H. Кинетическая энергия этих элементов расходуется на преодоления кулоновского отталкивания друг от друга. Ядра, перевалив через этот потенциальный барьер, практически останавливаются или передают свои импульсы общей системе, и она приобретает некоторую скорость, то есть некий добавок кинетической энергии. А откуда возьмется добавок ядерной энергии, чтобы держать 4-ый нуклон в общей системе, в виде атома гелия 4He? Где этот добавок ядерной энергии содержался? В дейтерии и тритии? Или он получился из остатка кинетической энергии, которой обладали начальные ядра? Из чего и в каком виде получилась энергия +3,5 МэВ? Из внутренней энергии нуклонов? Так согласно современной науке нуклоны состоят из кварков и глюонов, которые являются фундаментальными. Их нельзя разорвать на части и выделить какую-то часть в виде энергии.
А откуда взялась энергия +14,1 МэВ? Из кинетической энергии начальных ядер? Так она не может превышать общей кинетической энергии исходных ядер? А в общем случае считается, что энергия синтеза превышает энергию распада примерно в 5 раз. Теоретически, а может быть и практически, мы можем разделить ядро гелия и выделить ядерную энергию. Это большая энергия, она выделяется в виде всевозможных излучений и фрагментов ядер. Но это при распаде ядер. А при синтезе откуда берется энергия и отправляется во внешний мир? Вот как трактует это явление наука.
Вот что пишут одни:
https://topwar.ru/206717-amerikanskie-uchenye-v-blizhajshee-vremja-sobirajutsja-objavit-o-proryve-v-oblasti-termojadernogo-sinteza.html В данном случае — это термоядерная реакция, которая приводит, так сказать, в действие Солнце и другие звезды — синтез атомов водорода в гелий. Согласно уравнению Эйнштейна E=mc², разница в массе преобразуется в выброс энергии.
Как и в какую именно энергию преобразуется эта разница этих масс никто, естественно, объяснять не собирается. Да и почему это вдруг понадобилось выбрасывать эту энергию. Она что? жмет там? Нагретое тело хранит энергию, химическая энергия довольно долго хранится во всевозможных батарейках, потенциальная энергия спокойно хранится в водохранилищах и тому подобное. А здесь прямо срочно ее надо выбросить.
Другие говорят об этом так:
http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e164.htm Термоядерные реакции − реакции слияния (синтеза) лёгких ядер, протекающие при высоких температурах. Эти реакции обычно идут с выделением энергии, поскольку в образовавшемся в результате слияния более тяжёлом ядре нуклоны связаны сильнее, т.е. имеют, в среднем, бoльшую энергию связи, чем в исходных сливающихся ядрах. Избыточная суммарная энергия связи нуклонов при этом освобождается в виде кинетической энергии продуктов реакции.
А здесь коммунизм какой-то. Почему это у тебя нуклоны связаны сильнее, нежели у твоих родителей? А ну-ка ослабь свою связь и отринь избыток связи в виде кинетической энергии.
Третьи выражают свою мысль так:
Законы физики объясняют энерговыделение при термоядерной реакции следующим образом: часть массы лёгких ядер, участвующих в образовании более тяжёлых элементов, остаётся незадействованной и превращается в чистую энергию в колоссальных количествах.
На картинке видны 5 нуклонов, спрашивается: сколько из них участвуют в образовании более тяжёлых элементов? Наверное, 4, так как именно они составляют физическую сущность гелия. Остается один нейтрон. И как он превращается в чистую энергию, да еще и в колоссальных количествах? Он что? увеличивает свою скорость до колоссальных скоростей и приобретает соответствующую кинетическую энергию, как целое или этот нейтрон свой субстрат превращают в какую-то чистую энергию. Тогда желательно бы указать, что это такое – чистая энергия.
Судя по попыткам практического использования выделяемой в данной реакции энергии последняя трактовка ближе к делу. Как пишут в Википедии (https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.a20d640f-639afa11-4d095e6a-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Thermonuclear_energy
):
Обычно направленная D-T реакция высвобождает большую часть своей энергии в виде быстро движущихся нейтронов. Электрически нейтральный, нейтрон не подвержен влиянию схемы удержания. В большинстве конструкций она удерживается в толстом "одеяле" из лития, окружающем активную зону реактора. При попадании нейтрона высокой энергии одеяло нагревается. Затем он активно охлаждается рабочей жидкостью, которая приводит в действие турбину для выработки энергии.
Как я понимаю в данном случае нейтроны не исчезают, а просто тормозятся и замедляют свое движение. И что тут термоядерного не совсем понятно.
Посмотрите на картинку слияния ядер. “Кулоновский барьер” надо преодолеть только двум протонам, а нейтроны не имеют заряда, поэтому этот барьер проходят беcпрепятственно. И как только протоны попадут в зону ядерных сил, все нуклоны образуют одно ядро 5He. Это изотоп гелия, который оказывается неустойчивым и быстро распадается на гелий и нейтрон. Таких распадов по всей таблице Менделеева достаточно много, и никто не приписывает им термоядерный статус.
Похоже, что не я один сомневаюсь в получении огромной энергии при синтезе ядер. Посмотрите на рисунок 2.
Это рисунок зависимости средней энергии связи на нуклон от числа нуклонов в ядре. Под рисунком имеется такая надпись (правда не везде):
Железо-56 обладает самой высокой (энергией связи), что делает его наиболее стабильным. Ядра слева, вероятно, выделяют энергию при слиянии (cлиянии (наверное, надо синтезе)); ядра справа, вероятно, нестабильны и выделяют энергию при расщеплении (делении). В оригинале слову “вероятно” соответствует слово “likely”.
Как видите кое-кто полагает, что может быть термоядерная энергия при синтезе выделяется, а может быть и нет.
Наши многие знатоки скажут: “Ни чего ты не понимаешь. Вот же есть водородная бомба, она на много мощнее ядерной бомбы, при ее взрыве находят вновь образовавшиеся ядра гелия, которых не было до взрыва. Чем не подтверждение того, что произошла именно термоядерная реакция?”
Все это верно. Но давайте сначала посмотрим на устройство атомной бомбы. Большинство знает, что в атомной бомбе взрывным веществом является уран-235. Ядра этого уран могут спонтанно делиться на части в виде жестких частиц и разного видов излучений, которые и представляют энергию, используемую нами для выполнения полезной работы. Но спонтанные деления – это редкие явления. Деление ядра происходит, если в ядро проникает нейтрон. Уран-235 устроен так, что при делении его ядра получаются различные осколки в том числе и нейтроны. И этих нейтронов при делении получается 2-3 штуки. Каждый из этих нейтронов может попасть в следующее ядро урана и тоже расщепить его, образовав следующие 2-3 нейтрона. Получается цепная реакция. Но проблема в том, что кусок урана похож, при сильном увеличении, на звездное небо. Ядра в куске урана расположены на значительно большем расстоянии друг от друга, нежели размеры ядер. Попасть нейтрону в ядро сложно. Если кусок урана маленький, то получившийся нейтрон просто вылетит из этого куска и ничего не расщепить. Но если кусок урана большой, то нейтрон обязательно встретит какое-нибудь ядро и может образоваться цепная реакция. Для урана-235 таким куском на практике оказался килограммовый шар.
А теперь оказалось все просто: сделай две полукилограммовых полусферы из этого урана, сложи их вместе и получи атомный взрыв. Но не то тут было. Пишут, что Оппенгеймер сложил две такие половинки, они зашипели и отскочили друг от друга. Никакого взрыва и никакой запредельной радиации. Дело в том, что первые акты деления выработали энергию, которая и растолкала эти половинки и реакции деления в половинках прекратились.
Ученые подсчитали, что акты деления осуществляются в среднем примерно через 7 наносекунд. И если деление начать с одного нейтрона, то при распаде небольшого количества ядер будет энергии уже достаточно, чтобы разрушить взрывчатое вещество на части и большого взрыва не получится.
А вот если деление начать одновременно с нескольких нейтронов, то до времени разрушения энергии выделиться значительно больше, так как произойдет значительно большее количество делений. Ученые, создавая несколько точек начала деления, добились того, что в атомной бомбе во время взрыва успевает прореагировать около 5% взрывчатого вещества, а 95% вещества просто распыляется в среде. На уране-235 бомба оказывается очень дорогой и мало выгодной.
Об устройстве атомной бомбы понятно рассказал Марк Солонин в роликах “Атомная Бомба. Техникум Марка Солонина, выпуск 1.” и “Малыш" и главный секрет Атомной Бомбы. Техникум Марка Солонина, выпуск 2”.
В водородной бомбе происходит синтез ядер, в результате которого образуется поток нейтронов, который считается и есть та самая большая выделенная энергия, присущая водородной бомбе. А не может случится так, что нейтроны не конечная выделенная энергия, а они в основном являются разрушителями ядер в водородной бомбе? В этой бомбе есть ядерный заряд, есть элементы из урана-238 и другие химические элементы. Вот ядра этих элементов и разрушают нейтроны, возникшие в результате синтеза. Этих начальных нейтронов довольно много, значительно больше, нежели в обычной атомной бомбе. Многие эти нейтроны могут замедлится и расщепить не 5% ядерного заряда, а на много больше. Нейтрон частица без заряда, и не зависимо от того быстро она движется или нет, она может легко приблизиться к ядру любого атома и расщепить его.
Вот эта сборка всех энергий и есть термоядерная энергия. Полагать, что термоядерная энергия представляется кинетической энергией нейтрона, полученной из энергии связи нуклонов, по-видимому не следует. Ведь что такое энергия связи? В ядре ничего, кроме нуклонов и связывающего их вещества, нет. А чем может быть представлено связывающее вещество? Пионом. А пион – это по сути длинный фотон, который больше чем в 200 раз от фотона, который может быть сконденсирован в электроне или позитроне.
Когда мы стоим у костра, то ощущаем тепло, которое передается от огня тепловыми фотонами в виде электромагнитного излучения. Это очень маленькая часть электрона. А если развернуть весь электрон в фотон, то получим длинный объект с массой электрона и движущийся самостоятельно со скоростью света. Это и есть внутренняя энергия электрона, соответствующая формуле E=mc2. Такие тепловые фотоны могут быть только в плазме или они могут произойти при аннигиляции электрона и позитрона. В этом случае мы получим два слившихся фотона, которые образуют длинную без зарядную болванку, движущуюся самостоятельно со скоростью света.
В случае ядерной реакции из ядра высвобождается пион, который длиннее развернутого электрона и, соответственно, его энергия больше. Вот такая максимальная энергия связи между нуклонами. Эта энергия и должна по мнению ученых превращаться в кинетическую энергию нейтрона при термоядерной реакции. Если бы это был протон, то определенный добавок в его кинетическую энергию могли бы внести кулоновские силы. Но нейтрон кулоновские силы не чувствует. Правда кулоновские силы расталкивают зарядные фрагменты ядра, увеличивая кинетическую энергию взрыва.
Такие не замысловатые рассуждения и не позволяют верить в то, что при синтезе ядер выделяется энергия больше ядерной энергии (энергии связи).