Ядерный синтез представляет собой процесс, в котором два легких атомных ядра соединяются, образуя более тяжелое ядро. Этот процесс является обратным ядерному распаду. Типичным примером может служить реакция слияния двух ядер водорода, в результате которой образуется гелий. Выделение значительного количества энергии при этом процессе обусловлено разницей масс: суммарная масса исходных частиц превышает массу образовавшегося ядра. Эта разница масс и преобразуется в энергию в соответствии с известной формулой E=mc². Для реализации ядерного синтеза необходимо преодолеть электростатическое отталкивание ядер, принудительно сблизив их. На близком расстоянии, сопоставимом с размером ядер, начинают доминировать ядерные силы притяжения, которые и приводят к объединению ядер в единое ядро.
Поэтому реакция термоядерного синтеза может проходить только при очень больших температурах, чтобы скорость ядер была такой, что при столкновении им хватило энергии настолько приблизиться друг к другу, чтобы заработали ядерные силы и произошла реакция. Вот откуда в названии взялось «термо-».
Реакции термоядерного синтеза являются тем “двигателем”, который приводит в действие наше Солнце. И если люди научатся использовать термоядерный синтез на Земле, то у них появится практически неисчерпаемый источник экологически чистой энергии. Ученые и инженеры работают над созданием реакторов термоядерного синтеза уже много лет, решая, одну за другой, массу имеющихся в этом деле проблем. Недавно ученым из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, Массачусетского технологического института и Техасского университета A&M удалось найти решение проблемы, связанной с гелием.
Гелий, являющийся продуктом реакций термоядерного синтеза, за счет своей летучести проникает внутрь металла, из которого изготовлены элементы конструкции камеры реактора. Через некоторое время количество гелия в металле увеличивается, и образуются гелиевые пузыри, которые ослабляют механическую прочность металла и большое количество которых может привести к нарушению целостности конструкции.
Решением проблемы, связанной с гелием, является специальный нанокомпозитный материал, стоящий из нескольких тонких металлических слоев. При накоплении гелия в таком материале образуются нанопоры, подобные самым тонким сосудам кровеносной системы. Через эту нано-кровеносную систему гелий, который совершенно безопасен для окружающей среды, начинает беспрепятственно просачиваться из камеры реактора наружу. Это препятствует накоплению гелия, образованию пузырей в металле и разрушению металлических деталей камеры реактора.
В заключение следует заметить, что подобный нанокомпозитный материал может быть использован не только в конструкциях термоядерных реакторов. “Мы считаем, что сети наноканалов, образующихся внутри материала, можно использовать в самых различных целях” – рассказывает Майкл Демкович (Michael Demkowicz), профессор из Техасского университета A&M, – “По этим наноканалам можно передавать тепло, электричество и даже некоторые химические компоненты, используемые для реализации функции самозаживления материала”.
