Уильям Лоуренс - Люди и атомы

5.Производство радиоактивных изотопов. С помощью подземных ядерных взрывов можно получать огромное количество радиоактивных изотопов, если применять подходящие материалы для «окутывания». В настоящее время в ядерных реакторах производятся такие изотопы в небольших количествах, достаточных для удовлетворения насущных потребностей медицины, биологии, сельского хозяйства и промышленности. Подземные взрывы позволят создавать их в таком количестве, что они станут дополнительным источником энергии.

Хотя большинство идей «Проекта Плаушер» выглядит привлекательно с теоретической точки зрения, существует необходимость найти им экспериментальное подтверждение, заявил доктор Браун. Однако, добавил он, даже если одна из этих идей окажется реальной, она даст прибыль во много миллиардов долларов. Запасы тяжелого водорода, применяемого в водородных бомбах, практически неистощимы, так как он содержится во всех водах и сравнительно дешев.

Прежде чем воплотить эти идеи в жизнь, надо разрешить целый ряд сложных проблем. Как сказал доктор Эдвард Теллер, «Проектом Плаушер» пытаются установить, что является просто теорией, а что можно претворить в жизнь». Хотя осуществление «Проекта Плаушер» не является основной задачей лаборатории, ученые считают, что у него большое будущее.

На Второй международной конференции по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся в Женеве в сентябре 1958 г., ведущие ученые в области термоядерных процессов из Соединенных Штатов, Англии и Советского Союза сообщили о значительном прогрессе, достигнутом в исследованиях по применению реакции ядер- ного синтеза (которая используется при взрыве водородных бомб) в контролируемом процессе. Эта реакция сможет обеспечить человечество практически неограниченным источником энергии более чем на миллиард лет*. В докладах, которые были самыми обстоятельными из всех представленных до настоящего времени этими тремя странами, сообщалось, что обуздание водородной, бомбы является лишь вопросом времени.

В простейшей форме реакция водородного синтеза, известная на техническом языке как термоядерная реакция,— это слияние четырех ядер обычного водорода, самого легкого элемента в природе, в одно ядро гелия, атомный вес которого немногим меньше атомного веса четырех атомов водорода. Именно этот процесс лежит в основе непрерывного выделения Солнцем огромного количества энергии в виде тепла и света, что делает возможным жизнь на нашей планете.

Когда четыре ядра атомов водорода сливаются и образуют одно ядро гелия, небольшое количество массы ядра водорода (0,7%) превращается в энергию. Этот процесс в грандиозных масштабах происходит на Солнце, где ежесекундно 600 миллионов тонн водорода синтезируются в 596 миллионов тонн гелия.

Процесс синтеза легкого водорода на Солнце происходит в течение цикла, продолжающегося миллионы лет, поэтому использовать легкую разновидность водорода в земных условиях, при которых реакция должна происходить в течение секунд, невозможно. На нашей планете можно использовать водород, состоящий из тяжелых изотопов этого элемента — дейтерия и трития. Огромное количество дейтерия содержится в океанах планеты. Тритий в природе не существует, но его можно получить искусственно из легкого элемента — лития.

Однако на пути синтезирования ядер дейтерия или смеси дейтерия и трития стоят два препятствия, которые мешают производству электричества в промышленных масштабах. Первое — огромная температура, необходимая для осуществления реакции синтеза, и второе — проблема создания сосуда, который мог бы содержать газообразный водород после того, как он доведен до требуемой температуры.

Более того, горение водородного огня, выделяющего больше энергии, чем требуется для его поддержания, должно происходить самопроизвольно, так же как обычный уголь или дрова продолжают гореть сами по себе, после того как их подожгут.

Чтобы зажечь дейтериевый огонь, требуется температура 370 млн.°С, т. е. в 12—18 раз больше температуры в недрах Солнца. Чтобы разжечь костер из смеси дейтерия и трития, который горел бы сам по себе, необходима более низкая температура — около 50 млн.°С. Однако тритий является дорогостоящим элементом, так как в свободном виде в природе он не существует и его количество зависит от запасов лития в земной коре, которые весьма ограниченны.

Непреодолимой трудностью на пути создания миниатюрного солнца на Земле является обязательное условие получения необыкновенно высоких температур. Высокая температура в водородной бомбе сохраняется в течение миллионной доли секунды; этого достаточно, чтобы придать термоядерной реакции скорость взрыва, однако совершенно недостаточно, чтобы осуществить регулируемую реакцию при постоянной скорости. Даже если такая температура и будет достигнута, на Земле не существует такого материала, который бы немедленно не испарился при температуре, превышающей 6000°С.

Так как из земных материалов невозможно создать какой-либо подходящий контейнер для хранения газообразного водорода при температуре синтеза, ученые изобрели сосуд, называемый магнитной бутылкой*. В нем силовые магнитные линии, действующие на расстоянии, буквально сжимают газообразный дейтерий (его температура достигает нескольких миллионов градусов) в очень узкий луч, после того как через газ был пропущен электрический ток.

Действие магнитной бутылки основано на трех хорошо известных фактах: 1) газ, например водород, может быть разделен на отрицательные электроны и положительные протоны с помощью электрического разряда. Такой ионизованный газ называется плазмой; 2) электрический ток, пропущенный через ионизованный газ, поднимает его температуру; чем больше ток, тем выше температура. Это дает возможность достичь температуры во много миллионов градусов; 3) наконец, такой ионизованный газ можно превратить в очень узкий луч

* Точнее — магнитной ловушкой.— Прим. ред.

при помощи действующих на расстоянии магнитных силовых линий, которые частицы газа не могут пересечь. Вместо этого частицам приходится двигаться по спиралям внутри мощного магнитного поля, не прикасаясь к стенкам сосуда. Таким образом, можно создать сосуд, в котором узкий луч газа нагрет до температуры во много миллионов градусов, в то время как стенки сосуда остаются холодными, так как ни одна частица плазмы не может покинуть магнитную тюрьму и уйти на стенку.

Существует несколько видов магнитных бутылок. Но у всех них один большой недостаток: они «протекают».

При термоядерном сгорании одного килограмма дейтерия может выделиться энергия, равная 100 миллионам киловатт-часов электроэнергии. Хотя в воде на 6400 ядер обычного водорода приходится одно ядро дейтерия, общее количество дейтерия, содержащегося в океанах и озерах мира, огромно.