Ловушка для Солнца

Когда-то управляемый термоядерный синтез был частой темой научно-популярных журналов. Затем о нем практически забыли. Но достижения последних месяцев могут снова привлечь внимание публики к нему.

Напомним, что при термоядерной реакции ядра изотопов более легких элементов сливаются, образуя ядра более тяжелых элементов. При этом выделяется значительная энергия. Именно термоядерный синтез является источником энергии нашего светила.

Для осуществления управляемого термоядерного синтеза необходимо нагреть вещество (как правило, это изотопы водорода - дейтерий и тритий) до сотен миллионов градусов и сжать его до огромной плотности. При этом вещество переходит в состояние плазмы, когда электроны отрываются от ядер, и образуется ионизированная смесь частиц. Эту плазму необходимо удержать с тем, чтобы реакция продолжалась, а плазма не соприкасалась со стенками аппарата, внутри которого она находится. Не вдаваясь в детали можно сказать, что проблема управляемого термоядерного синтеза упирается в три главных вопроса: нагрев, достижение сверхплотности и удержание плазмы. В свое время для этого были предложены два основных типа установок: стационарные и импульсные. В первых (самым известным представителем которых является, пожалуй, ТОКАМАК, предложенный советскими академиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом) магнитные поля удерживают плазму. Во вторых мощные лазеры обстреливают крошечную изотопную мишень, нагревая ее и сдавливая для достижения нужной плотности.

На заре борьбы за управляемый термояд ученым казалось, что стоит немного поднатужиться, и в многочисленных термоядерных электростанциях загорится маленькое Солнце. Оно-то и должно было дать всем землянам неограниченную энергию. Однако оказалось, что путь к термоядерному энергетическому изобилию довольно тернист и долог.

В начале основные надежды возлагались на ТОКАМАКов. В мире было построено несколько установок. Первое время царила определенная эйфория по поводу их возможностей. Затем наступил "застой" - долгое время не было сколько-нибудь существенного прогресса, так как не удавалось решить проблемы, касающиеся, например, длительного удержания плазмы.

И вот в середине лета исследователи из Национального термоядерного центра США в Сан-Диего добились "существенного успеха". Им удалось значительно повысить стабильность и давление плазмы. Проблема, над которой бились ученые, состояла в том, что легко удавалось раскрутить плазму внутри тора ТОКАМАКа. Однако вскоре плазма замедлялась и теряла стабильность. Изучив детали поведения плазмы, физики обнаружили, что она усиливала "неровности" магнитного поля. Они установили датчики, регистрирующие эти "неровности", "выравнивая" их с помощью дополнительных магнитов. По словам участника проекта Рональда Стамбога, "все это требует минимальной энергии, так как "неровности" крайне малы". В результате, движение плазмы стало устойчивым, что дало возможность удвоить давление в ней. Это, в свою очередь, привело к учетверению степени слияния ядер дейтерия.

Многие специалисты считают, что это достижение - большой шаг на пути к созданию промышленной модели термоядерного реактора. Правда, он должен быть в восемь раз крупнее данной экспериментальной установки. Но есть надежда, что можно будет применить те же физические принципы.

Между тем как исследования на ТОКАМАКах отошли в последние годы в тень, основное внимание было сосредоточено на работах с импульсными установками. Здесь тоже были свои проблемы, связанные с достижением нужной температуры и плотности дейтериевой мишени.

Физики из Университета японского города Осака и британской Лаборатории им. Резерфорда применили недавно совершенно новый подход к "розжигу" термоядерной мишени. Они позволили сверхохлажденному дейтерию стечь по золотому миллиметровому конусу. Образовавшуюся "каплю" они обстреливали девятью лазерными пучками, мгновенно подняв температуру мишени до 10 миллионов градусов, а давление на ее поверхности - до 10 миллионов атмосфер.

Однако этого мало для начала ядерного синтеза. Необходим существенный толчок. Его дает дополнительный сверх-интенсивный лазерный импульс. Правда, он направлен не только на внешнюю поверхность мишени, но и вовнутрь нее. Для этого и служит конус, по которому луч проникает внутр мишени. Ее "подрыв" изнутри еще больше поднимает температуру и плотность. Таким образом удается решить проблему стабильности плазмы и создать условия для начала термоядерного синтеза. Ученые намерены использовать более мощные лазеры для существенного увеличения температуры и плотности мишени.

Есть и другой, "экзотический" и мало кем признанный путь к термоядерному синтезу - так называемый холодный ядерный синтез. Его сторонники, осуществляющие свои эксперименты практически в подполье, утверждают, что в ходе электролиза тяжелой воды с помощью электродов из палладия ядра дейтерия могут сливаться, образовывая изотопы трития и гелия. Попытки повторить эти эксперименты неизменно оканчивались провалом.

Недавно журнал "Нью Сайнтист" сообщил о малопонятном следствии такого эксперимента. Майкл МакКюбр из частной калифорнийской лаборатории "Эс-Ар-Ай Интернейшнал" повторил данный опыт и получил больше тепловой энергии, чем должно было дать примененное электричество. Он отослал электроды для анализа Брайану Кларку из канадского Университета им. МакМастера. Кларк нашел на них более 1015 атомов трития. При этом такое количество никак не может объяснить объем тепла, выделившегося в ходе эксперимента. У Кларка нет вразумительного объяснения происхождения трития. Сам МакКюбр считает, что "это может и не быть синтезом, но очевидно, что это определенный ядерный процесс". По мнению специалистов по атомной физике, тритий может оказаться результатом и простых электрохимических реакций.

Как бы то ни было, хотелось бы надеяться, что небольшие подвижки в исследованиях термоядерного синтеза выведут эту область физических исследований из "застоя" и мы окажемся свидетелями прогресса на пути к "эре неограниченной энергии". Пока что рано оценивать КПД термоядерных установок. Но некоторое представление об их огромной экономичности дает такой пример: в 40 литрах воды содержится примерно грамм дейтерия, способный дать энергию, получаемую сегодня от сжигания почти 10 тысяч литров бензина. Очевиден и экологический эффект перехода на термоядерную энергию и отказа от углеводородов и атомных станций.

перейти к началу страницы