Рассказы об электричестве

Авария на АЭС — большое несчастье. Оно затрагивает, в той или иной степени, всех нас. И всем надо сделать важный вывод: сейчас нельзя подходить к новой технике со старыми представлениями о культуре труда. Техника требует от специалиста не только глубоких знаний, но и предельной сосредоточенности, тщательности в работе и абсолютной дисциплины. Другого пути нет. Как нет у нас и пути назад…

Солнце на Земле

В наши дни много пишут о получении энергии «солнечным способом». Еще в 1939 году немецкий физик X. Бете предположил, что в недрах нашего светила при температуре более 10 миллионов градусов ядра легкого водорода (протоны, из которых на 90 % состоит Солнце) должны сливаться, превращаясь в ядра гелия и выделяя при этом массу энергии. Эта гипотеза пришлась весьма по вкусу физикам-теоретикам и получила широкое развитие. Были обнаружены и другие возможные реакции в зонах, расположенных ближе к солнечному ядру, где процессы протекают при более высокой температуре. Появилась стройная теория. А потом, как и полагается в таких случаях, возникли сомнения. Обнаружилась нехватка нейтрино, которые должны были излучаться вместе с протонами. Да и сама реакция протон-протонного цикла оказалась не такой уж всеобъемлющей. Но не в том суть. Решение «солнечных вопросов» — задача астрофизики и астрофизиков. А что же могли получить от такой далекой области знания технари-энергетики?

Вспомните знаменитое уравнение Эйнштейна, связывающее массу с энергией: E = m·C2. Здесь С — скорость света. Грамм солнечного вещества, обращенный в энергию, дает ее столько же, сколько мы получаем на Земле, сжигая тысячи тонн (!) первосортного бензина. И это при нынешнем-то энергетическом кризисе и существующих ценах на нефть! Естественно, что мысль о том, «нельзя ли зажечь Солнце на Земле», просто не могла не возникнуть в головах ученых. Дело оставалось за небольшим — получить солнечное вещество и научиться превращать его в энергию.

Если открыть последний энциклопедический словарь на слове «солнце», то в нем можно прочесть: «Солнце… раскаленный плазменный шар… Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: водород — около 90 %, гелий — 10 %, остальные элементы — менее 0,1 % (по числу атомов)». А что такое плазма?..

Впрочем, я чувствую, что здесь возможно много, очень много вопросов. Хорошо бы их количество ограничить, ну, скажем, десятью или пятнадцатью и вопросы эти задавать сериями, штук по пять сразу. На каждый — ответ, а потом пояснения.

— Почему Солнце светит?

— Потому что оно нагрето до раскаленного состояния.

— Что подогревает Солнце?

— Гравитационное сжатие и термоядерные реакции.

— Какие реакции на Солнце главные?

— Протон-протонный и углеродноазотный циклы.

— Сколько лет светит Солнце?

— Примерно от шести до десяти миллиардов лет.

— На сколько лет еще хватит Солнца?

— Не меньше чем на четыре с половиной миллиарда лет.

Рассказывают, что как-то раз, в середине двадцатых годов, два приятеля — веселые геттингенские студенты-физики — «мотали лекцию». То ли лекция предстояла скучной и длинной, как день без завтрака, то ли просто слишком грело весеннее солнце. Так или иначе, но, разомлев от жары, парни переходили от одного тенистого дерева к другому, громко и неискренне жалея профессоров.

— Клянусь рефератом, — глубокомысленно произнес один из приятелей, — сегодняшнее солнце — отнюдь не костер из буковых поленьев в камине шефа…

Фамилия говорившего была Хоутерманс, и его совесть оказалась настолько тугоплавкой, что он помнил о реферате даже за пять минут до купания.

— Тогда бы не пекло так жарко, — резюмировал второй бездельник, Аткинсон, который только что вернулся из Кембриджа и потому считал, что последнее слово должно оставаться за ним. — Кстати, а почему оно вообще светит?..

Последний вопрос мог бы показаться риторическим, не будь наши приятели физиками. А физики могут думать о механизме явления даже под угрозой солнечного удара… Аткинсон в Кембридже был свидетелем захватывающих опытов Резерфорда по атомным превращениям. Именно потому он и воскликнул:

— Послушай, Фрицци! А может быть, это ядра атомов легких элементов сливаются в недрах Солнца, образуя более тяжелые? При этом излишки массы, превратившись в энергию, покушаются на профессорские головы и не пускают нас на лекции…

Не исключено, что в ответ раздалось бульканье, ибо пораженный догадкой приятеля Фриц Хоутерманс вполне мог на время пойти на дно. Оба были достаточно физиками, чтобы представлять величие последствий шутливого предположения.

Но они еще не знали, что только что сформулировали тему главной работы всей своей жизни.

В истории не сохранилось сведений о том, чем кончилось в этот день купание двух будущих ученых. Но в том, что с этого шутливого разговора и началась серьезная работа над проблемами внутрисолнечных процессов, сомнений почти нет.

Позже к обоим исследователям подключились другие выдающиеся физики мира. И результатами их совместной работы явилось, с одной стороны, создание бесчеловечного сверхоружия, с другой — проект мирно работающей плазмы.

Когда-то считали, что в недрах нашего светила горят запасы серы, каменного угля и прочих горючих ископаемых. Однако проверили поточнее, прикинули, оказалось, что будь Солнце даже из лучшего донецкого антрацита, его хватило бы лишь на несколько тысячелетий. Этого было явно мало. Следовало поискать другой, более долговечный источник.

И он нашелся…

Если представить себе зарождающуюся звезду как облако холодного газа, сжимающегося под действием сил притяжения, то ясно, что постепенно температура в нем станет подниматься.

Сначала недра нагреваются немного, а там, глядишь, и покраснеют, и засветятся, и засверкают. Превратится сжимающийся газовый шар в пылающую звезду…

Впрочем, не надо, как говорится, эмоций. Посчитаем, прикинем… Если бы Солнце под действием собственной силы тяжести сжималось со скоростью 30 метров в год, оно бы «просветило» лет этак миллионов тридцать. Опять мало! По новым данным науки Солнечная система существует по крайней мере четыре с половиной миллиарда лет. Миллиарда! Представляете?..

Долго, очень долго источник солнечной энергии оставался для ученых загадкой. А потом в лабораториях физиков началось его постепенное разгадывание. В 1896 году французский физик А. Беккерель открыл радиоактивность. Помните, так мы называем самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов. Потом А. Эйнштейн установил зависимость массы и энергии — самое знаменитое уравнение XX века: E=m·C2! И это позволило английскому астроному и иностранному члену-корреспонденту Академии наук СССР А. Эддингтону выдвинуть идею прямого перехода массы Солнца в энергию. Правда, как это могло происходить, никто не знал.

Примерно в ту же пору неистовый и громоподобный Э. Резерфорд наблюдал первые искусственные превращения ядер. На лабораторной установке ядра атомов азота при бомбардировке их ядрами гелия иногда вдруг глотали эти «микробомбы» и превращались в ядра атомов кислорода, излучая лишний протон. Это было чудесно и совершенно непонятно.

Картина стала проясняться, когда ученик Резерфорда Дж. Чедвик открыл нейтрон, а советский и немецкий физики Д. Иваненко и В. Гейзенберг, независимо друг от друга, построили модель атомного ядра из протонов и нейтронов. Были уже описаны предположения Аткинсона, Хоутерманса и других теоретиков. Наконец, в 1939 году немецкий физик X. Бете, бежавший от фашистов сначала в Англию, а затем в США, теоретически показал, что в солнечных недрах должны существовать две основные последовательности превращения водорода в гелий. Первая и основная — слияние двух протонов и образование тяжелого изотопа водорода — дейтерия, с излучением позитрона и нейтрино. И затем переход дейтерия в гелий, с образованием новых свободных протонов. При этом количество высвобождающейся энергии оказывалось примерно в миллион раз больше, чем при химической реакции горения. Вторым типом реакции был углеродно-азотный цикл, который шел при более высоких температурах, очевидно, в самом солнечном ядре.