Юрий Чирков - Охота за кварками

Ускорители позволили разработать новую технологию производства цемента. Поток ускоренных электронов как бы подстегивает физико-химические реакции во всем объеме облучаемого материала. И на образование цементного клинкера теперь уходит всего 10 секунд. Процесс идет в сотни раз быстрее! А главное — отпадает нужда в громадных вращающихся печах, должны исчезнуть и вредные выбросы в атмосферу.

Промышленные ускорители можно с успехом использовать для сварки, резки и плавки. С их помощью можно обеззараживать сточные воды крупных животноводческих комплексов. Обрабатывать клубни картофеля, чтобы замедлить прорастание при его длительном хранении. Радиация может уничтожать амбарных вредителей, зарящихся на запасы пищевого зерна.

Долго пришлось бы перечислять все те области, где радиация уже работает или намеревается поработать.

А на подходе уже новое поколение промышленных ускорителей, поколение, предлагающее еще более эффективное средство — синхротронное излучение электронных накопителей. Тут будет генерироваться на много порядков более мощное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Вот как характеризует его А. Скринский:

«С помощью синхротронного излучения биологам впервые удалось увидеть, как изменяется структура живой мышцы в процессе сокращения. Химикам оно помогает исследовать механизм каталитических реакций. Физики уже убедились, что смогут теперь детально изучить причины структурных искажений в металле, процессы горения и динамику превращений в полимерах. В электронной промышленности это излучение позволяет перейти к производству интегральных микросхем с субмикронными размерами рабочих элементов. Отсюда — возможность разместить на том же участке кристалла в сотни раз больше элементов, соответственно выиграв в производительности и эффективности электронных устройств…»

X. Колумб искал Индию с ее несметными сокровищами: бриллиантами, алмазами, золотом. Позднее потомки X. Колумба — конкистадоры — искали в Америке Эльдорадо — страну сказочного богатства и чудес. Сооружая все новые ускорители, познавая новые тайны микромира, физики надеются найти свое эльдорадо — энергетическое.

Глубоко неправы те, кто считает, что исследования элементарных частиц якобы подчиняются «закону убывающего плодородия». В одном из обзоров Л. Окунь обсуждает необходимость всемерных поисков новых стабильных тяжелых частиц. И добавляет: «Открытие «месторождения» отрицательно заряженных тяжелых частиц могло бы иметь не только научный интерес. Оно могло бы совершить переворот в энергетике… Если бы удалось найти хотя бы несколько килограммов Х-частиц, то это могло бы решить нее энергетические проблемы человечества».

Да, энергетическая проблема после борьбы за мир самая для человечества важная. И решить ее могут только физики. И кто знает, может, со временем слова «кварковая энергетика» станут такими же привычными, как сейчас слова «энергетика атомная»!

Детали, подробности того, как может быть по-новому решена энергетическая проблема, пока неясны. Точно так же можно стоять перед закрытым сейфом и, зная, что там спрятаны большие деньги, не знать той комбинации цифр, которая ведет к богатству.

Это будущее. А сейчас перед физикой стоит вполне конкретная задача обуздать термоядерный синтез.

Проблема эта уже давно разрешена природой. Солнечный реактор работает уже около десяти миллиардов лет. На Солнце плазму в узде держат силы тяготения.

Чем их заменить в земных условиях?

В 1950–1951 годах в СССР и одновременно в США была высказана ставшая ныне широко известной мысль — использовать для удержания плазмы магнитное поле. Эта идея была быстро реализована. Казалось, термояд вскоре удастся запрячь в энергетическую упряжь.

Не тут-то было! Академик Л. Арцимович, создатель «Токамаков», проложивших путь бурному прогрессу в этой области, недаром любил повторять такую присказку:

«Термоядерная энергия — это одноколесный велосипед: все знают теоретически, что на нем можно ездить, но на практике все падают».

Вот уже три десятка лет сражаются с термоядом физики всей планеты. Уж сколько раз энтузиазм сменялся унынием. Сейчас работа идет по многим направлениям: к делу привлекаются и лазеры, и электронные, и ионные пучки частиц. Но все эти подходы к термоядерному синтезу можно сравнить с лобовой атакой. А нет ли обходных путей?

Есть! Это катализ реакций ядерного синтеза с помощью мю-мезонов.

Дело вот в чем. Отрицательно заряженные мюоны могут замещать в атомах электрон, образуя мезоатомы.

Мезоны в две сотни раз тяжелее электронов, поэтому мюонные «орбиты» расположены очень близко к ядру.

Особенно интересны свойства мезоатомов водорода и его изотопов дейтерия и трития. Тут заряд ядра полностью «экранируется» зарядом мезона. Получается нечто электрически нейтральное, подобное нейтрону. Как следствие, мезоатом водорода «свободно» проникает через электронные оболочки атомов, может подходить на близкие расстояния к ядрам, может стать катализатором ядерных реакций.

Здесь начинаются тонкости катализа, и в подробности того, как можно было бы осуществить термоядерный синтез с помощью мюонов, мы не будем вдаваться. Укажем лишь на преимущества нового подхода перед «классическим термоядом».

Тут, оказывается, не нужны температуры в десятки миллионов градусов, не нужны и хитроумные магнитные поля. Мезонный реактор представляет собой просто сосуд с газом — смесью дейтерия и трития, в который впрыскиваются мюоны.

Размеры сосуда зависят от давления газа, и при давлении в десятки атмосфер диаметр реактора составит около десяти сантиметров. Карманный реактор?!

Да, и на его основе можно было бы, к примеру, сделать термоядерный автомобильный двигатель!..

В чем состоят трудности такого «холодного термояда»? Только в том, что пока нет дешевого источника мю-мезонов. И он должен быть не только экономичным, но, главное, компактным, не то что используемые сейчас гиганты — ускорители. (Минимальная энергия, необходимая для получения мюонов, — 100 МэВ.)

Так вновь — в который раз! — мы убеждаемся, что исследования физики элементарных частиц хотя и требуют от человека порой немалых жертв, но со временем могут окупиться сторицей. И идущие на них большие средства — это заем под большие проценты.

И близоруко было бы толковать только о непосредственной отдаче, лишь о научно-исследовательских разработках, которые с большим экономическим эффектом могут быть уже сейчас внедрены в народное хозяйство.

Тут надо помнить о том, что микрофизика как главная из фундаментальных наук создает опережающий потенциал, запас новых понятий, идей, представлений, методов, которые впоследствии будут обязательно использованы другими науками, прикладниками, войдут в философское понимание общей картины мира.