Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2014 № 05

Специалисты ядерных центров и университетских кафедр Британии на идею Эдвардса не отреагировали, и местом для экспериментов стала школьная лаборатория. Здесь помощь в работе Джейми оказал завуч школы Джим Хуриган. Он же выделил на проект 2 000 фунтов (около 120 тысяч рублей) из школьного бюджета. Еще 1 000 фунтов школа зарезервировала на случай, если Эдвардс или другие ученики захотят продолжить эту работу, чтобы сделать производство энергии при помощи реактора более эффективным. «Я был несколько ошеломлен и, надо признаться, немного занервничал, когда Джейми предложил свою идею, но он убедил меня, что школа не взлетит на воздух», — сказал завуч Джим Хуриган.

Как и Уилсон, Эдвардс собрал устройство, известное в науке как фузор Фарнсуорта — Хирша. Он состоит из двух металлических сеток, расположенных в вакуумной камере. Термоядерное топливо в таком реакторе ионизируется напряжением между сетками. При этом положительно заряженные ионы ускоряются, и при их столкновении в центре камеры между ними может проходить реакция термоядерного синтеза.

Джеймс Эдвардсу созданной им установки.

Основными частями реактора являются вакуумные наносы, источник высокого напряжения, вакуумная камера и система, поставляющая дейтерий, который является топливом для термоядерной реакции.

Это устройство было сконструировано американским изобретателем Фило Т. Фарнсуортом еще в 50-е годы ХХ века. В отличие от многих систем для получения управляемой термоядерной реакции, которые медленно нагревают плазму в магнитной ловушке, в фузоре высокоэнергетические ионы напрямую впрыскиваются в область, где происходит термоядерная реакция. Это позволяет значительно уменьшить размеры и стоимость реактора. Для удержания же плазмы в фузоре используется электростатическая система.

Идея фузора в различных модификациях была использована еще в работах таких ученых, как Элмор, Тук и Уотсон, а также Милей. С 1994 по 2006 год и Роберт Бассард по контракту с ВМС США построил несколько моделей реакторов типа поливелл.

Поливелл (англ. Polywell) — устройство по удержанию плазмы. Термин получился из сочетания английского слова polyhedron (многогранник) и фразы potential well (потенциальная яма).

Состоит поливелл из электромагнитов, собранных в форме многогранника, внутри которого магнитные поля удерживают облако электронов. В середине устройства образуется отрицательный электростатический потенциал, используемый для ускорения и удержания ионов, участвующих в реакции.

В общем, оказалось, что термоядерный реактор — настолько простая вещь, что его может собрать студент-первокурсник или школьник. Именно так и сделал Крейг Уоллес — студент Университета штата Айдахо — в конце ХХ века. Узнав об опытах Фарнсуорта, студент решил создать и свой собственный реактор такого типа.

На университетской свалке Крейг нашел нейтронный детектор. Из нескольких сотен пустых жестянок он собрал нейтронный модулятор (замедлитель). На задворках соседней фабрики Deseret Industries отыскался сломанный турбомолекулярный насос, который Крейгу удалось починить.

Поскольку финансовое состояние семьи Уоллесов не позволяло студенту купить чистый дейтерий, ему пришлось приобрести за 20 долларов контейнер оксида дейтерия, также известного под названием «тяжелая вода». Затем Крейг нашел способ избавиться от нежелательного в данном случае кислорода — он пропустил тяжелую воду через раскаленные магниевые опилки.

В итоге 2 года ушло на поиск необходимых частей, еще 6 месяцев — на сборку. И вот устройство, оснащенное вакуумным насосом, оказалось на столе. Встроенная в аппарат камера показала на мониторе, что происходит внутри — было видно светящееся облако газа внутри металлической спирали.

В этом светящемся облаке ионы дейтерия (изотопа водорода с протоном и нейтроном в ядре, вместо одного протона, как у обычного водорода) сталкиваются и время от времени сливаются. При каждом таком слиянии происходит выделение нейтрона. Аппарат лишен какой-либо защитной оболочки, да в ней и нет необходимости: реактор выделяет 36 нейтронов в минуту. Радиация в салоне самолета на высоте 8 — 10 км намного выше.

И хотя как источник энергии такой реактор не годится, как инструмент для научных изысканий, связанных с нейтронами, он просто бесценен. К нынешнему дню в США таких приборов насчитывается около 30 штук, и все они — в распоряжении крупнейших научных лабораторий.

Таким образом, английский школьник Джеймс Эдвардс в очередной раз открыл Америку и перенес опыт американцев в Европу. После 5 месяцев работы британский школьный реактор был завершен и продемонстрирован в действии накануне дня рождения Джейми. В присутствии зрителей, в числе которых были ученые, он щелкнул выключателем и пристально наблюдал за показаниями счетчика, пока не удостоверился, что синтез молекул действительно начался. «Я добился своего, — удовлетворенно сказал Джеймс. — Так что я вовсе не сумасшедший, как думают некоторые мои друзья.»

Джейми Эдвардс, который посещает после занятий в школе академию в британском Престоне, интересуется ядерной физикой уже несколько лет. Сейчас он самый молодой человек в мире, которому удалось запустить процесс ядерного синтеза с нуля, соединив два атома дейтерия, чтобы создать гелий.

Поливелл (слева) и реактор Джеймса Эдвардса.

ШКОЛЬНИКИ-ИЗОБРЕТАТЕЛИ

Джеймс Эдвардс — не единственный в своем роде юный изобретатель. Недавно в Лондоне состоялось вручение премий Diamond Award по итогам выставки British Invention Show.

В 2013 году в смотре участвовали 1 600 школьников, отобранных на 433 выставках, которые предварительно были проведены в более чем 70 странах и регионах. Свыше 500 финалистов удостоены денежных наград и призов, в том числе 17 лучших в своих категориях получили от 50 000 до 75 000 долларов. И еще по 1 000 долларов отправлено каждой школе и национальным конкурсам, которые представляли школьники.

Главную премию в размере 75 000 долларов получил 19-летний румынский учащийся Ионут Будистану, который разработал автономную систему управления автомобилем. Он рассказал, что его целью было заменить дорогой 3D-радар высокого разрешения, который лежит в основе технологии автоматического управления Google. Будистану использовал более дешевый 3D-радар низкого разрешения, который распознает крупные объекты, такие, как автомобили, здания и деревья, в то время как веб-камеры, установленные на транспортном средстве, используются для обнаружения линий дорожной разметки и бордюров. Изображения с 3D-радара и веб-камер анализируются с помощью искусственного интеллекта, который вычисляет безопасный маршрут автомобиля.