Журнал Наука и жизнь, 2000 № 01

Если в ускорителях разогнать ионы дейтерия (D) и трития (Т), то при их взаимодействии пойдет реакция синтеза с образованием а-частиц — ядер гелия-4 ( 4Не), нейтронов (п) и энергии: D + Т —> 4Не + n + 17,6 МэВ на один акт взаимодействия. Выделяющееся в камере коллайдера тепло можно использовать традиционным способом — для испарения рабочего тела (например, воды) с получением пара высокого давления.

ПОДСЧИТАЕМ ЭНЕРГИЮ

Рассмотрим условия, при которых возможно проведение энергетически выгодной реакции ядерного синтеза в системе на встречных пучках. Пусть в системе находятся пучки ионов дейтерия и трития с энергией E 1> 10 кэВ и концентрацией n 0.

Затраты энергии на разгон пучков А = Е 1 n 0. Выделяющаяся в результате синтеза энергия при многократных столкновениях пучков А = Δ nЕ 0, где Δ n — убыль концентрации топлива за счет сгорания; Е 0= 17,6 МэВ — энергия, выделяющаяся в единичном акте реакции ядерного синтеза.

Условие энергетически выгодной реакции А > GA 1, (1) где G > 1 — коэффициент усиления по энергии, показывающий, во сколько раз энергия, полученная в результате синтеза, превосходит ее затраты на инициирование реакции.

В системе на встречных пучках есть два канала потерь энергии: электромагнитное излучение, возникающее при ускоренном движении заряженных частиц, и рассеяние частиц при упругих столкновениях друг с другом и с молекулами остаточного газа. Поскольку в реакции ядерного синтеза участвуют ионы дейтерия и трития (дейтроны и тритоны), имеющие массу, в 4–5 тысяч раз превышающую массу электрона, потери на излучение в системе будут пренебрежимо малы (они составят не более 0,01 % от энергии, выделяющейся в результате синтеза). Таким образом, основной источник потерь энергии в системе на встречных пучках — рассеяние частиц. Но здесь Природа приготовила подарок, не воспользоваться которым — просто грех. Дело в том, что сечение рассеяния обратно пропорционально квадрату кинетической энергии относительного движения частиц и при энергии ионов около 200 кэВ сравнимо с сечением синтеза. Поэтому любое столкновение ионов во встречных пучках должно приводить к реакции синтеза, и потери на рассеяние будут сведены к нулю.

При отсутствии потерь на рассеяние взаимодействие ионных пучков в системе будет происходить до практически полного сгорания термоядерного топлива. Полученная в результате энергия А — Е 0 n 0/2 во много раз превысит затраты энергии на инициирование реакции А 1= E 1 n 0.

Допустим, что, несмотря на принятые меры, потери все-таки будут велики и на одно столкновение синтеза будет приходиться к рассеивающих столкновений. Снижение концентрации ионов Δ n 0в системе будет определяться сгоранием топлива Δ n и потерями на рассеяние k ∙Δ n :.

Δn 0= Δn + k∙Δn = Δn(k + 1).

В этом случае условие (1) можно записать:

ΔnЕ 0/2 > GE 1n 0,

где

А = Δn E 0/2 — энергия, получаемая в результате синтеза; А 1= E 1 n 0— энергия, затраченная на ускорение ионов.

Отсюда

(Δn 0E 0/2(k + 1)) < n 0,

Учитывая, что

Δn 0 = Δn(k + 1) < n 0,

получаем

2GE 1(k + 1)/E 0=< 1

или

k =< (E 0/2GE 1) — (2)

Выражение (2) — аналог критерия Лоусона для системы на встречных пучках. При любых концентрациях, когда оно выполняется, реакция ядерного синтеза будет энергетически выгодна.

Проведем численные оценки для Е 1= 0,2 МэВ. При G = 1 (полученная энергия равна затратам) к должно быть меньше 43.

Допустим, что построенная для осуществления реакции ядерного синтеза система окажется очень несовершенной и на одно столкновение синтеза будет приходиться 10 рассеивающих столкновений, т. е. k = 10. Даже в этом случае G = 4 и система будет работать как генератор энергии, вырабатывая на каждый затраченный джоуль энергии 4 джоуля.

Современные системы на встречных пучках имеют очень незначительные потери ( k << 1), а источники ионов на энергии 0,2–1 МэВ — уже обычное промышленное технологическое оборудование. Все это дает основание полагать, что попытаться провести управляемую реакцию ядерного синтеза на встречных пучках можно в короткий срок и при небольших затратах.

Берингия — это не фантазия, не выдумка. Она действительно была, исчезала и снова рождалась.

Появляясь на свет, Берингия соединяла два крупнейших материка нашей планеты — Евразию и Северную Америку, становилась широким сухопутным мостом, по которому древние слоны, лошади, верблюды, саблезубые тигры и всякая мелкая живность перекочевывали из одной части света в другую. Они стремились туда, где было теплее и больше корма. Обживали неведомые ранее края и становились родоначальниками новых видов или вымирали.

Во время самого последнего соединения континентов — это было около 20 тысяч лет назад — по Берингийской суше переходили племена или группы первобытных людей.

Кандидат технических наук А. САДОВСКИЙ.

Можно предположить, что примерно так выглядела земля Берингия в один из последних периодов своего существования.

Проектом века — грядущего, XXI века называют разрабатываемый сейчас проект межконтинентальной железнодорожной магистрали и тоннеля под Беринговым проливом. Идея соединить Евразию и Северную Америку — два крупнейших, хорошо освоенных и обладающих огромными потенциальными возможностями материка — родилась почти сто лет назад. В 1903 году был создан русско-американо-французский синдикат, который работал над планами этого строительства. Однако в XX веке реализовать планы не удалось. И лишь почти в самом конце столетия интерес к проекту снова возрос. В 1991–1992 годах в США была организована Международная корпорация по строительству межконтинентальной магистрали — «Трансконтиненталь», а в России аккредитовано Российское отделение этой корпорации (см. «Наука и жизнь» № 4, 1995 г.). Сейчас российские и американские специалисты уже подготовили техническое обоснование проекта, разработали основные положения создания транспортно-энергетических коммуникаций Америка — Евразия с тоннелем под Беринговым проливом. Эти работы продолжаются и набирают темпы.

Палеогеография района Берингова пролива во время предпоследнего оледенения.

Гипотеза о былом континентальном соединении Азии и Америки в районе Берингова пролива появилась давно. И эта не существующая ныне суша даже получила свое имя — Берингия. Гипотеза опирается на вполне реальные, хорошо известные науке процессы трансгрессии (наступление моря на сушу) и регрессии моря (то есть обратное движение — отход, отступление от берегов), а кроме того, подтверждается поразительным сходством современной флоры и фауны по обе стороны пролива.