 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
99
чем ее затрачивается на нагрев вещества (или, еще лучше, чтобы рождающиеся быстрые частицы
сами поддерживали требуемую температуру). Это возможно при условии хорошей изоляции.
Легче всего осуществить синтез между тяжелыми изотопами водорода – дейтерием и тритием
(рис. 4.3). Дейтерий имеется на Земле в огромных количествах в морской воде (1 атом на 6000
атомов водорода); тритий можно получить искусственно, облучая литий нейтронами.
Рис. 4.3. Термоядерный синтез
Для осуществления термоядерной реакции наиболее выгодна температура около 100 млн.
градусов. Что касается времени удержания энергии, т. е. качества изоляции, то в данном случае
условие следующее: плазма с плотностью 10
14
ионов в 1 см³ должна заметно остывать не быстрее
чем за 1 секунду.
Удержание плазмы от попадания на теплоизолирующие стенки осуществляется при помощи
магнитных полей, направляющих поток частиц по спирали, замкнутой в кольцо. Ввиду того, что
плазма состоит из ионов и электронов, магнитное поле имеет на нее прямое влияние.
Для нагрева можно использовать ток, протекающий по плазменному «шнуру». Есть и другие
способы нагрева – с помощью высокочастотных электромагнитных волн, пучков быстрых частиц,
световыми пучками, генерируемыми лазерами. Чем больше мощность нагревающего устройства,
тем быстрее можно нагреть плазму до требуемой температуры. Последние разработки позволяют
это делать за столь малое время, что вещество успевает вступить в реакцию синтеза раньше, чем
разлететься из-за теплового движения. В таких условиях дополнительная термоизоляция
оказывается ненужной. Единственное, что удерживает частицы от разлетания, это их собственная
инерция. Данное направление – инерционный термоядерный синтез в последнее время усиленно
развивается.
4.8. Перспективы развития физики микромира
Развитие теории
Новейшие достижения физики элементарных частиц явно выделили из общего их числа группу
частиц – возможных кандидатов на роль истинно элементарных. Многие вопросы, однако,
требуют дальнейшего исследования. Неизвестно, каково полное число лептонов, кварков и
различных векторных частиц и существуют ли физические принципы, его определяющие. Не
вполне ясны причины деления частиц со спином 1/2 на лептоны и кварки и происхождение их
внутренних квантовых чисел.
Современные теории исходят из того, что частицы являются точечными объектами и что
четырехмерное пространство-время остается непрерывным и неискривленным вплоть до самых
малых расстояний. В действительности указанные предположения, по-видимому, неверны, так как
частицы, очевидно, должны быть материальными объектами конечной протяженности, а
пространство-время в масштабах 10
-33
см меняет свои свойства под действием гравитации и
образует нечто вроде квантов. Учет этих обстоятельств открывает путь к созданию единой теории
взаимодействия.
Современные ускорители
Полученные в ускорителе управляемые пучки быстрых частиц оказались единственным
подходящим инструментом для операций внутри атомов и атомных ядер, для исследования
специфики и структуры ядерных частиц. Но для этого нужна энергия в десятки, сотни и даже
тысячи ГэВ (гигаэлектрон-вольт; 1 ГэВ = 10
9
эВ). Так что отнюдь не случайно область
фундаментальных исследований строения материи называется физикой высоких энергий. Если бы