Ирина Радунская - Проклятые вопросы
Самый конструктивный способ, основанный на принципе магнитного удержания плазмы, был предложен и разработан учеными под руководством академика Л. А. Арцимовича. Они придумали «магнитную бутылку», лишенную горла. Их магнитная ловушка имеет форму пустого бублика. Бублика с двойными стенками. Первые, видимые, отделяют внутреннюю полость от внешнего воздуха. Там будет создана и нагрета плазма. Вторые, невидимые, образованы магнитными полями. Они отделяют плазму от стенок бублика, чтобы частицы раскаленной плазмы не соприкасались с ними, не охлаждались ими и не нагревали их.
Прибор, вернее, сложная и крупная установка, реализующая эту идею, получил название Токамак. Его основа — тороидальная камера, расположенная внутри тороидального магнитного поля, — позволяет нагревать плазму до гигантских температур и удерживать ее некоторое время в этом состоянии. Советские ученые показали, что это один из надежных путей к цели. Они планируют следующий шаг в ближайшее время.
Это — надежный путь покорения энергии ядра. Однако пока никто не прошел его до конца. Никто не добился вожделенной цели — не зажег рукотворное солнце.
Главная причина в том, что при помощи электрического разряда трудно осуществить достаточно быстрый нагрев. Когда температура плазмы доходит до десятков миллионов градусов, ни одна, даже самая мощная, ловушка не способна удержать плазму от расширения.
Еще не были запущены первые модели Токамаков, а экономисты уже провели расчет на эффективность. Они сравнили, сколько энергии на единицу веса топлива выделится при термоядерном способе и при расщеплении тяжелых ядер урана или плутония в обычных атомных энергетических установках. Расчет показал, что термоядерные электростанции будут выгоднее атомных, выгоднее даже самых выгодных на сегодняшний день.
Был сделан и другой подсчет, так сказать, на «чистоту» процесса. И в этом плане термоядерный синтез оказался самым прогрессивным и гигиеничным. Он не дает тех побочных отходов, которые все-таки получаются при атомных расщеплениях (имеются в виду радиоактивный цезий, стронций и другие радиоактивные продукты, эти неизбежные спутники деления тяжелых ядер). При термояде нет и угрозы ЧП, термоядерный «Чернобыль» невозможен. Установка не расплавится, не взорвется. Если процесс выйдет из-под контроля, пойдет не по программе, то он просто заглохнет, прекратится.
Сама природа — главный пропагандист идеи термояда. Запасы тяжелого водорода, дейтерия — этого основного термоядерного топлива, — неисчерпаемы. Одного лишь дейтерия из морей достаточно для практических нужд на миллионы лет вперед.
Вот почему никакие трудности с магнитными ловушками не могли заставить физиков отказаться от намерения найти способ зажечь рукотворную звезду.
И вот — новая идея: изящная, простая и на первый взгляд легко осуществимая!
В вакуумную камеру выстреливается льдинка замороженного водорода (вернее, смеси тяжелого водорода — дейтерия и сверхтяжелого водорода — трития). Вспышка лазера встречает льдинку в центре камеры. Мощность лазерного луча столь велика, что льдинка, температура которой первоначально очень мала, превращается в крупинку солнца. Температура ее приближается к бушующей плазме в недрах звезды, а плотность очень высока. Ведь за мгновение, пока длится вспышка, частицы, уже набрав колоссальную скорость, еще не успели заметно сместиться в пространстве. Давление лучей лазера вызывает в раскаленной плазме ударную волну, сжимающую плазму в сверхплотный сгусток.
В этой адской температуре порваны все связи между ядрами и электронами. Атомов дейтерия и трития уже нет. Пылает плазма из их ядер и свободных электронов. Сталкиваясь между собой, ядра дейтерия и трития вступают в реакцию, в результате которой возникают ядра гелия. Температура при этом еще больше нарастает. Сопутствующие реакции порождают свободные нейтроны. Еще несколько мгновений — и рукотворная звездочка погаснет. Плазма, быстро остывая, разлетится по вакуумной камере…
Это — биография одной льдинки. Но если в камеру впустить череду льдинок, скажем по 2–3 в секунду, то зажжется гирлянда пылающих солнц. А дальше? Дальше тепло от нагретых стенок камеры можно утилизировать самым обычным путем. Скажем, отводить его для получения горячего пара. Пар направлять в турбины тепловой электростанции. Или использовать для других нужд.
Вот какая перспектива волновала воображение физиков, увлекшихся идеей использовать лазер для получения термоядерной энергии. Возможно, именно так человечество овладеет термоядерной энергией, сохранив уголь и нефть, торф и древесину от уничтожения в топках.
Идея лазерного зажигания термоядерной плазмы воскрешала надежды, она убивала сразу несколько зайцев, решала вопрос о получении высокой температуры, а главное, проблема длительного удержания термоядерной плазмы оказывалась обойденной.
Вот почему лазерный термояд кажется привлекательным. Он свел между собой людей различных характеров, темпераментов, научных склонностей. Для нас же, русских людей, особенно приятно то, что родина его — Советский Союз. Вот что об этом пишет журнал «Форчун» («Судьба»), выходящий в Нью-Йорке:
«Лидерами в области лазерного термоядерного синтеза стали советские ученые. Сама «гонка» за овладение лазерным термоядом началась в 1963 году — после того, как исследователи из Физического института имени Лебедева в Москве, работающие под руководством Николая Басова, сообщили об успешном использовании лазера для получения определенного количества нейтронов, что свидетельствовало о достижении, хотя и в слабой, мимолетной форме, реакции ядерного синтеза».
П. Крюков, молодой ученый, физик «божьей милостью», как говорят о нем друзья, создал первую установку и, сфокусировав мощный лазерный импульс, получил первые термоядерные нейтроны, те самые вестники успеха, о которых пишет журнал «Форчун».
«Известие из Физического института, — продолжает журнал, — было встречено на Западе с достаточной долей скептицизма».
Крюков именно в этих первых нейтронах видит залог всех дальнейших успехов.
— Первые нейтроны, — говорит он, — имели огромное психологическое значение. Они не просто иллюстрировали наш успех. Лазерный термояд занял свое законное место в физике плазмы среди других способов реализации термоядерного синтеза. Ведь до того мало кто в него верил. Крюков оказался прав. «Вскоре западные ученые убедились в успехе советских коллег, сумев воспроизвести этот опыт в своих лабораториях. В лабораториях Комиссии по атомной энергии США начались регулярные исследования проблемы лазерного термояда. Этот метод достижения ядерного синтеза примерно в то же время стал темой исследований во Франции, ФРГ, Англии, а затем в Японии» («Форчун»).
Пройдут десятилетия, и человечество будет вспоминать об этих экспериментах с гордой снисходительностью, как о первых шагах к великому свершению.
Физики, работающие над проблемой лазерного термояда, отлично понимают, что до полной победы еще далеко. Полезной термоядерную реакцию можно будет считать тогда, когда выделенная энергия превысит затраченную на ее создание. Пока полученная реакция энергетически убыточна. Идет наработка знаний, а не энергии. Долгая, кропотливая, изнурительная работа. Оттачивается методика эксперимента, совершенствуются установки, набирается статистика, изучается сама плазма, разрабатывается аппаратура для ее диагностики. Эта работа на десяток лет. Эта работа приносит сведения о процессе, которым нужно научиться управлять. Она определяет весь дальнейший ход исследований: подсказывает, какие лазеры создавать, чтобы их мощь стала достаточной для обжатия и нагрева ядерного топлива.
ЛОРД РЕЗЕРФОРД СМЕЕТСЯ…А теперь сравним две публикации. Одна — из уже цитированного нами журнала:
«Благодаря относительной безопасности реакции синтеза установки лазерного термояда могут быть использованы для удовлетворения потребностей предприятий, комплексов, ликвидируя проблему высокой стоимости создания специальных зданий для энергетических блоков или линий дальней передачи энергии. Лазерные термоядерные реакторы можно будет создавать настолько «миниатюрными», что они станут «энергетическими сердцами» морских лайнеров и поездов. А несколько таких реакторов, соединенных вместе, образуют энергетическую станцию».
Обратите внимание на стиль (деловито, буднично, аргументировано), на профессию автора статьи, Лоренса Лессинга (он журналист), на дату (1974 год).
И вторая публикация — из газеты «Геральд Трибюн». Крупный заголовок: «Лорд Резерфорд смеется над теорией обуздания энергии в лабораториях!» Смеется не обыватель, смеется не журналист, а отец ядерной физики, смеется над самой мыслью об обуздании энергии ядра, смеется в 1933 году — после того, как убедился в возможности расщепления ядра…
