Редактирование: Термоядерный реактор

{{video|m5Q2Ir3cPLQ|}}
'''Дисклеймер:''' в статье присутствует циничная скептическая точка зрения, которая может нанести вред вашей психике и заставить ругаться матом. Этого делать нежелательно, потому что на текущий момент матчасть статьи соответствует состоянию науки. Если в будущем что-то изменится — статья будет до/переписана. 

'''Термоядерный реактор''' — это, как очевидно из названия, техническая приблуда, в которой происходит термоядерная реакция. Ничего интересного в нём нет, он просто красиво светится в темноте и жрёт энергию, как очень навороченная радиоактивная лампочка. Сделан сравнительно давно, именуется [[w:Фузор Фарнсуорта — Хирша|фузором Фарнсуорта]].

Но. Вы же не это хотели прочесть, верно? Вы хотите знать, почему энергия, которую в избытке излучают звёзды, ещё не поставлена на службу человечества и пока что существует либо в виде термоядерных бомб, либо в виде энергозатратных фузоров? А ещё вам, наверное, интересно, почему физики от словосочетания «холодный термоядерный синтез» берут в руки что-нибудь тяжелое и [[Кнопка берсерка|начинают гоняться за сказанувшим]]? Итак, поехали.

== Термоядерный реактор p+p ==
Простейшая, древнейшая и тупейшая реакция термоядерного синтеза — это протон-протонная реакция. Существует в древнейших звёздах, из-за чего они горят очень ярко и очень недолго (по космическим меркам). В ходе реакции протоны, представляющие собой ядра атомов водорода, сливаются в атом гелия и выделяют много энергии. Минусом процесса является водород — его нужно ну очень много (потому что реакция идет через слабое взаимодействие, и эта фигня неслабо так охлаждается потоком нейтрино, что в принципе, хорошо — нейтрино с материей почти не взаимодействуют, а с другой стороны [[Хорошо, но плохо|плохо]] — предотвратить охлаждение ниже точки начала реакции мы не можем), так что в домашних условиях повторить эксперимент не удастся вообще никак.

== Термоядерный реактор уровня «Звезда по имени Солнце» ==
Окей, давайте возьмем водорода чуть поменьше, гелия чуть-чуть побольше, добавим туда слоёнку из железа, кислорода, азота и углерода и попробуем запалить. То, что получилось в итоге, сильно смахивает на желтую звездочку, вокруг которой вращается наша планета. Плюсы: горит долго и стабильно, не очень ярко, но в целом годно. Минусы: в гараже такое не сделаешь, а конструктор оригинала секретами своей «лампочки Иеговы» делится отказывается и вообще шифруется так, что многие уверены в том, что его вообще никогда не существовало. Поэтому поехали дальше.

== Термоядерный реактор на удержании плазмы ==
Как вы понимаете из предыдущих пунктов, основная проблема — взять очень большую фигню, по своим свойствам похожую на звезду, уменьшить её в масштабе и засунуть в ловушку, где её энергию можно невозбранно использовать для разных полезных действий. Поэтому, если не вдаваясь в подробности, учёные просто взяли более тяжелые атомы, накачали их энергией до состояния плазмы, засунули в магнитную ловушку и попытались начать реакцию. Провал. Стеллараторы и токомаки — это устройства, позволяющие более-менее моделировать процессы, проходящие во внешней оболочке звезд. Засада в том, что для реакции нужна вся звезда целиком, иначе нифига не выйдет. Вам интересны подробности? Вы возможно уже читали о проблемах управляемой термоядерной реакции и слышали про критерий Лоусона (озвученный в 1955 году), но в силу нехватки знаний, видимо, не поняли в чём тут проблема. Я здесь как раз за тем чтобы объяснить.

И так, мысленный эксперимент, который мы обзовём, скажем, «Дробовик Визарда»<ref>All rights reserved.</ref>. Когда-то давно была атомная бомба, работающая на схлопывании двух кусков урана, типа как если бы два урановых снаряда, выпущенных из пушки, влепились друг в друга и получился бы атомный взрыв. По сути для термоядерной реакции нужно примерно то же самое, вот только вместо артиллерийских орудий у нас два дробовика. В роли дроби — частицы. Итак, в чем заключается критерий Лоусона: энергия, выделяющаяся при реакции слияния дробинок должна быть выше энергии, потраченной на выстрел этих дробинок, иначе нифига не получится. В чем проблема? Ну, если в случае с ураном всё просто — два 152-мм снаряда обладают довольно большим сечением и попасть ими друг в друга не так уж и сложно даже с некоторой дистанции, то вот с дробью всё куда хуже — дробинки летят не плотным комом а облаком, и шансы на то, что они друг в друга врежутся не особо велики — одни дробинки движутся быстрее других. Просто пальните из шотгана в мишень и вы увидите что определенная доля дробинок попала в мишень и вырвала из неё солидный кусок, а все прочие наделали кучу дырочек по бокам и ниже (это называется осыпью дроби). То есть, как мы понимаем, в реакции участвуют далеко не все частицы, и их слишком мало для того, чтобы критерий Лоусона соблюдался. Что делают ученые для того чтобы повысить выход энергии? Используют более тяжелые частицы (крупные частицы обладают большим сечением и в них проще попасть), пытаются сконцентрировать дробь так, чтобы поток был плотным, разогревают дробь чтобы легче слипалась.

Вы не против чуть-чуть формул? Итак, mv²/2 — где m -масса дробинки-частицы, а v — её скорость, равно 2/3 kT, где k — это постоянная Больцмана, а T — температура. Из этого логически следует вывод, что чем массивнее частица и выше её скорость, тем больше энергии от удара получится. В случае с дробинками, например, возможно создать такие условия выстрела, что при соударении дробинки просто испарятся (это же свинец, он тяжелый). Ну так вот, второй вывод — на разгон более тяжелых частиц нужно больше энергии, по всем известной формуле. С этим тоже ясно? И вот мы пришли к тупику — ни при каких условиях выход энергии дробинок не превысит энергию, затраченную на выстрел (не забудьте что вам ещё нужно где-то добыть дофига свинца, отлить из него дробинки, смастерить рельсотроны, которые будет их гнать навстречу друг другу, теплообменник, который будет конденсировать испарившийся свинец и возвращать энергию в систему, на запитывание рельсотрона… М-да, ну вы короче поняли, почему я употребил выражение «ни при каких условиях» — КПД этой установки крайне низкий, и большая часть энергии будет уходить в нагрев. С частицами ситуация иная — вместо свинца у вас грубо говоря, малюсенькие заряды взрывчатки, что чуть улучшает дело, но не слишком).

Итак, что же у нас с микрочастицами? Для начала, на свинцовые дробинки они нифига не похожи, они очень легкие и «осыпь дроби» для них задается распределением Максвелла. Что ещё хуже, так это то что ядра атомов заряжены положительно и отталкивают друг друга. А кулоновский барьер — это очень, очень плохо, потому что нужно создать очень плотный поток этих самых частиц, движущихся с охрененно высокой скоростью, чтобы они вообще встретились друг с другом и начали реагировать. Единственный способ это сделать — это увеличить их энергию, то есть нагреть. Вот ученые и жарят плазму в магнитной ловушке, а потом она пшик — и гаснет. Почему? Потому что способ удержания плазмы — электромагнитный, то есть он действует на заряженные частицы. Пока реакции нет, плазма греется, а как только пошла реакция — во все стороны начинают лететь нейтроны, которым на плазму и электромагниты плевать с высокой башни, а энергии они несут с собой достаточно чтобы плазма остыла и реакция прекратилась. Вот засада, что же делать? Ну, ''очевидно'', нужно либо подбирать топливо (список в википедии), которое не будет так эффективно охлаждаться, либо как-то запереть эти проклятые нейтроны, либо разложить их (в эту магию физики тоже могут, но требуется — правильно, ещё больше энергии и реакция всё равно тухнет)<ref>да, существуют «безнейтронные» реакции, проблема в том, что для этого нужно потратить много энергии на производство топлива</ref>. Кстати, идея с магнитным удержанием провалилась — оно не в состоянии держать рвущуюся наружу мощь термоядерного синтеза, поэтому пришлось моделировать процесс, происходящий в звездах — вместо фотосферы, правда, большущий шар, который после активации активно греет плазму, которая уже сжимает топливо. Ну и что же, чёрт бы их подрал, делать? Если бы на этот вопрос нашелся вменяемый ответ, термоядерные реакторы бы уже работали и выдавали на-гора много энергии. Проблема тут упирается в основном в низкий уровень знаний о процессах в плазме — дело в том, что при увеличении энергии плазмы физики внезапно столкнулись с фигней, которую они не в состоянии объяснить — реактор ''внезапно'' и непонятно почему выдавал выхлоп в виде кратковременного повышения КПД, а затем тух. Видимо для дальнейших успехов нужно ещё больше увеличить количество топлива (и размеры реактора), а также повысить мощность удержания… Короче, чтобы процесс шел эффективнее, шар надо увеличить. Вот только, покосившись на звезду, автор этих строк кажется знает, до каких размеров придется в итоге дойти (то есть по сути мы сначала строим сферу дайсона, а потом уже зажигаем звезду). Эх… Ладно, поехали дальше.

== Термоядерный реактор уровня «школьный проект по физике» ==
В 1950 году некто Фарнсворт прикола ради сбацал фузор имени себя — он использует электростатический метод удержания плазмы (создание отрицательного потенциала в облаке электронов, который разгоняет ионы в направлении ловушки где уже и идет реакция), красиво светится синеньким и выглядит жутко научно. Толку от него нет вообще никакого — к критерию Лоусона он не подбирается даже близко, не смотря на неоднократные попытки его заубгрейдить. Зато при наличии некоторой суммы денег на топливо и электронные компоненты, а также при наличии прямых рук, собрать эту фигню можно даже дома. Но лучше не надо.

== Термоядерный реактор на антинаучной фигне ==
Ну, тут всё просто: это [[Лженаука|холодный термоядерный синтез]]. Почему это невозможно — см. выше. Если же до вас не доходят фразы «звездная температура», «высокая энергия» и «термоядерная бомба», или вы насмотрелись на красиво светящееся доказательство того, что у Тони Старка есть сердце (об этом ниже), физика тут бессильна, а вот медицина заинтересуется.

Внешне «реакторы холодного синтеза» могут быть похожи на фузоры, однако в отличие от них там нет обвеса, только провод, идущий в розетку. По сути дела все эти «реакторы» — это электронагреватели, что свидетельствует о том, что их авторы даже фузор собрать не в состоянии по причине дефицита мозгов. В особо чудовищных случаях в конструкции есть лампочка. Хотите посадить автора в лужу? Выньте штепсель из розетки, а также потребуйте полные чертежи устройства, потому что собранный без участия [[Шулер|автора]] девайс работать не будет, что нарушает критерий научности и выдает мошенничество. Такие дела.

Да, о дуговом реакторе Тони Старка. Это никоим образом не термоядерный реактор, что бы там не говорил Тони Старк<ref>И да, по сути дела это является отсылкой к попыткам соорудить холодный синтез начиная с 1920 годов. Идея была в том, что палладий проницаем для водорода, и возможно существует элемент, который может быть катализатором термоядерной реакции, для чего не придется жарить плазму — температура конечно всё равно будет большая, но не настолько, потому эта идея и была названа холодным синтезом. Потом до неё добрались антинаучные фрики и понеслось…</ref>. Это — вы наверное удивитесь — топливный элемент<ref>Если бы не надо было менять палладий — стал бы батарейкой. А когда Тони Старк открыл Новый Элемент, его сердце стало флеботинумным.</ref>, в пользу чего говорит наличие материалов платиновой группы (из которых делаются химические катализаторы), необходимость зарядки этой штуки (ох как просело напряжение после включения сердца Тони Старка) и не особо большая долговечность (по причине расходования палладия<ref>Здесь можно сделать вывод — основанный на сцене, где Тони заменяет палладиевую пластинку, выглядящую как будто она побывала в кислоте — что он-то и расходуется, а вот как — задача та ещё. Идея о том, что Тони с помощью высокочастотного детонационного круговорота водорода в дуге (вот это вот круговое мерцание света — как раз оно и может быть) превращает палладий в родий с выделением энергии на поддержание работы всей этой фигни выглядит при первом приближении разумно (энергии выделяется очень много), вот только цепочка электронного захвата палладий-рутений-технеций-молибден-ниобий-цирконий — не выдерживает никакой критики (если глянете в таблицу, увидите что реакция идет влево, что выдает распад, а не синтез, таким образом дуговой реактор даже с натяжкой нельзя назвать реактором синтеза). Хотя если продолжить через иттрий до стронция, опасения Тони Старка за здоровье начинают походить на что-то разумное, стронций в организме — это смерть, полная боли. Но это какбэ невозможно чисто технически.</ref>). Самым примечательным во всем этом являются слова Ивана Ванко про палладий у сердца. Извините мой французский, но кардиологи всего мира угорали над его словами очень долго (дело в том, что палладий активно используется в медицине). Но, эта фиговень красиво светится, а ещё благодаря ней костюм Железного Человека может летать, и для фанатов этого достаточно.

== Термоядерный реактор в фантастике ==
Поскольку данная технология является научной, то, справедливо полагая, что скоро эту проблему успешно разрешат, фантасты взяли её на вооружение и принялись пихать в свои произведения, нисколько не заморачиваясь тонкостями реализации. И хотя '''уже более пятидесяти лет «воз и ныне там»''', это никого не смущает. Некоторые фантасты, более других подкованные в матчасти, пытаются даже объяснять механику работы этого устройства, либо с помощью флеботинума, либо (особо смелые) без него.

== Примеры ==
{{Примеры}}

=== [[Литература]] ===
* [[Relevation Space]] — стандартным реактором тут является Токамак, а не какая-то экзотика. А чего вы ещё ожидали от твёрдой научной фантастики?

=== [[Кино]] ===
* «[[Back to the Future|Назад в будущее]]» — в 2015 году док Браун устанавливает на машину времени компактный термоядерный реактор. Теперь героям ([[Ватсонианство против дойлизма|и сценаристам, что не менее важно]]) можно не заморачиваться всякий раз поиском источника энергии для путешествия.

=== [[Настольные игры]] ===
* [[Warhammer 40,000]] — плазменные реакторы Империума Человечества. Даже через 30 с гаком тысяч лет человечеству не удалось в полной мере обуздать энергию звезд, и поэтому эти реакторы просто обожают перегружаться и красиво взрываться при малейшей перегрузке. Впрочем, было бы справедливым также отметить, что раньше люди вполне умели поддерживать термоядерную реакцию без постоянных молитв: «О, Бог-Машина, яви нам своё милосердие и не обрушь на недостойных звездную ярость свою». Но технология безопасного сдерживания плазмы большей частью была провтыкана людьми после восстания машин, Ереси Хоруса и прочего «[[Долгая ночь|веселья]]», выпавшего на долю человечества.
** Там же — мир-кузня Люций, построенная вокруг астрономических размеров термоядерного реактора (в кои-то веки [[Сарказм|ITER доделали]]). Если спросить местных АдМехов о происхождении реактора, то они сразу ответят, что это их творение. Но вот верить ли им…
* [[BattleTech]] — компактные и мощные термоядерные реакторы открыли человечеству путь к звездам и изобилию… а заодно позволили ему создать [[меха]], которые сыграли далеко не последнюю роль в превращении Внутренней Сферы в сборище постоянно грызущихся друг с другом [[Звездные короли|звездных королей]].
{{stub}}

== Примечания ==
<references />
{{Nav/Наука}}