Клаус Гофман - Можно ли сделать золото, Мошенники, обманщики и ученые в истории химических элементов
На конференции по физике плазмы и контролируемому термоядерному синтезу в сентябре 1961 года в Инсбруке один из ведущих специалистов, советский физик Л. А. Арцимович, обратился ко всем участникам с сердечной речью. Наше первоначальное предположение, сказал он, что двери в обетованную страну сверхвысоких температур откроются при первом сильном напоре физиков, оказалось столь же необоснованным, как надежда грешника попасть в рай, не пройдя через чистилище. Однако едва ли можно сомневаться в том, что проблема контролируемого термоядерного синтеза будет разрешена. Мы лишь не знаем, сколько еще нам придется пребывать в чистилище.
"Пребывание в чистилище", по-видимому, закончилось в 1968 году. Н. Г. Басов, один из изобретателей лазера, в руководимом им Физическом институте АН СССР в Москве испытал новый вариант и обнаружил: лазерный луч, сфокусированный на горючем из LiD, запускает реакции термоядерного синтеза. Для этого вовсе не нужны столь высокие температуры. Достаточно сжать шарики LiD ударными волнами, например мощными лазерными импульсами, направленными со всех сторон на шарик ядерного горючего. Тогда за долю секунды, которой достаточно для запуска процесса ядерного синтеза, плотность горючего многократно возрастает по сравнению с исходной величиной.
В 1969 году французские ученые успешно испытали этот метод на замороженном дейтерии. Когда они направили на дейтериевый лед узкий пучок лучей лазера мощностью в 4 ГВт, они смогли обнаружить, что около 100 атомов вступили в реакции синтеза за один "выстрел" лазера. Являлось ли это успешным началом?
В 1972 году ученые США приподняли завесу молчания над аналогичными экспериментами. Они заполняли дейтерием и тритием микробаллончики -крошечные полые стеклянные шарики, которых на 1 кг нужно 2 миллиона штук,-и с помощью лазерных импульсов вызывали в них реакции термоядерного синтеза. Военные круги США думали сначала, что таким путем, с помощью одних только лучей лазера, они смогут поджигать водородные бомбы -- без урановой бомбы. Однако расчеты показали, что для этого потребовались бы лазеры в тысячи или десятки тысяч раз более мощные, чем те, которыми располагали. Уже нынешние мощные лазерные установки занимают большую площадь, каких же размеров должны быть лазеры для Н-бомб, столь привлекающие футурологов?
Пример тунгусского метеорита показывает, что поджиг термоядерной бомбы может произойти и "совершенно естественным путем". 30 июня 1908 года в сибирской тайге, в районе Подкаменной Тунгуски, произошла "катастрофа века". Слепящий огненный шар со свистом опустился на Землю и взорвался со страшной силой. Даже на расстоянии 300 км из окон повылетали стекла. В Иркутске, Ташкенте, Потсдаме и в ряде других мест зарегистрированы были сейсмические волны, которые несколько раз обошли земной шар. В течение недели в Европе стояли "белые ночи", явившиеся следствием взрыва. В Петербурге и Лондоне прохожие могли ночью на улице читать газету. Что произошло? Наткнулся ли на Землю большой метеорит? Когда, годы спустя, проникли к месту взрыва, оказалось, что лес в окружности 40 км уничтожен, а вокруг -- следы больших разрушений. Поразительно, что до сего времени так и не нашли ни малейших остатков метеорита!
С тех пор в ходу было много объяснений, часто фантастических: это был гигантский снежный шар из Космоса, разрушенный космический корабль, гигантская стая мошек или же обломок антиматерии из другой Галактики, который полностью превратился в излучение при столкновении с "нашей" материей. Некоторые поговаривали об атомном взрыве.
В Аризоне спилили 300-летнюю сосну Дугласа и исследовали ее годичные кольца на содержание радиоактивного углерода, который образуется при ядерном взрыве и распространяется по всему миру. Действительно, в кольце, соответствующем 1909 году, обнаружили повышенное содержание углерода-14. Специалисты рассчитали -- взрывная сила должна была составить 40 Мт, что соответствует большой Н-бомбе. Идея о термоядерном взрыве долгое время будоражила умы, пока не возник вопрос -- кто же, собственно, мог сбросить "бомбу", к тому же еще в 1908 году! Внеземная цивилизация?
К возможным объяснениям добавим еще одно: да, это был термоядерный взрыв. Огромный снежный шар из Космоса при столкновении с земной атмосферой разогрелся настолько, что был достигнут критерий Лоусона. Ядра водорода и дейтерия сначала мирно слились с образованием трития, гелия, лития. При дальнейшем повышении плотности смеси из-за продолжающегося сжатия синтез вдруг приобрел характер взрыва. Космическая водородная "бомба" взорвалась -совершенно естественным путем.
Вернемся все же к исходному вопросу. Термоядерный синтез с помощью лазеров таит в себе много проблем. Профессор Н. Г. Басов, однако, смотрит на это оптимистически -- с тех пор, как в его институте в Москве функционирует установка лазерного синтеза "Дельфин". В ней советские ученые собираются с помощью лазерных молний довести твердый водород до такой плотности, что он за доли секунды станет в пять раз более плотным, чем тяжелейший из природных элементов -- уран. Несмотря на несомненные экспериментальные успехи, еще далеко до создания электростанции на основе лазерного синтеза. Если бы принцип оправдал себя, все равно для термоядерного реактора, вырабатывающего энергию, потребовались бы "баллончики" другого размера: диаметром в несколько сантиметров, вместо 0,1 мм. Чтобы поджечь такие шары горючего недостаточно мощности нынешних лазеров. Это удивительно: ведь современные лазеры, выделяющие энергию в 4--5 кДж в виде молний за миллионные доли секунд, дают в итоге столько же энергии, сколько 200--250 крупных электростанций в 1 000 МВт каждая. В то же время для экономично работающих термоядерных реакторов потребовались бы лазеры приблизительно в 1 000 кДж, а экспериментально до сих пор было достигнуто максимально 10,2 кДж. Мы подчеркиваем, "экономично", ибо пока во всех, даже положительных, экспериментах неизмеримо больше энергии затрачивается, чем получается. Значит, надо продолжать творческий поиск более мощных лазерных установок.
Помимо ядерного синтеза, индуцируемого лазером, перспективным является также исходный вариант -- нагрев D, Т-плазмы, удерживаемой магнитным полем. Советская установка типа "Токамак" в настоящее время испытана во всех странах, использующих процесс термоядерного синтеза, и признана успешным вариантом. В июне 1975 года в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова в Москве начала работать установка "Токамак 10". Для создания ее колоссального магнитного поля требуются мощности в 130 МВт. Другой агрегат, "Токамак 7", благодаря магнитным катушкам из сверхпроводников требует для обеспечения магнитного поля лишь около тысячной доли этой мощности. "Токамак 10" и его американский вариант Tokamak PLT (Princeton Large Torus[75])*, видимо, последние образцы экспериментальных термоядерных установок. При "генеральной репетиции" с "Токамаком 10" в феврале 1976 года советские специалисты достигли устойчивой реакции ядерного синтеза с дейтерием. Температура плазмы во время процесса составила семь миллионов градусов, что дало значение критерия 1012 с/м3.
Между тем в более поздних опытах на "Токамаке 10" было достигнуто 13 миллионов градусов. При этом за полсекунды, потребовавшейся для начала реакции, установка израсходовала столько электроэнергии, сколько ее вырабатывает электростанция мощностью в 200 МВт за то же время. Мощность "Токамаков" во всем мире год за годом подходит все ближе к той интересной области на диаграмме Лоусона, которая обещает осуществить "Солнце на Земле". В августе 1978 года в мировой прессе появились сообщения, что ученые из университета в Принстоне (США) достигли большого успеха: за долю секунды в Tokamak PLT удалось достичь температур Солнца -- 60 миллионов градусов. Безусловно, это значительный шаг к решению проблемы. В области исследования мирного термоядерного синтеза американские ученые плодотворно сотрудничают с советскими исследователями. Докладывая об успешном эксперименте, научные работники США подчеркивали, что принцип работы плазменного реактора "Токамак" -- разработка советских ученых.
Как пойдет дело дальше? В СССР сейчас конструируют "Токамак 20". Он будет опытным реактором, вырабатывающим термоядерную энергию.
Солнце и звезды служат нам "сияющим примером" реальности контролируемого ядерного синтеза. Поэтому наука стремится соорудить эти неиссякаемые источники энергии на Земле. Решающий вклад для разрешения мировой энергетической проблемы мы видим сегодня в овладении контролируемой термоядерной реакцией.
"Искусство изготовления золота" путем превращения элементов практикуется в настоящее время больше, чем когда-либо, и во многих вариантах. Конечно, "золото" приходится заменить другими понятиями, например, словом "синтетические элементы". Во многих отношениях они стали для нас драгоценнее, чем презренный металл,
