Вера Черногорова - Загадки микромира

Ученые обнаружили, что в реакции слияния двух легких ядер тоже выделяется огромная энергия — термоядерная. Управлять ею, однако, еще не научились. Сейчас это первоочередная практическая задача, над решением которой работают большие научные коллективы.

Для развития цивилизации важно не только получение энергии во всевозрастающих количествах, но и ее концентрация и управление ее выделением.

Первобытный человек использовал ничтожную часть энергии, заключенной, скажем, в одном килограмме вещества, когда бросал на охоте камень. Реакция деления атомных ядер тяжелых элементов — необычайно мощный, управляемый и весьма концентрированный источник энергии. Килограмм урана или плутония «заменяет» тысячи тонн лучшего химического горючего и «действие» 10 13булыжников. Это число превышает количество камней, брошенных всеми жившими когда-либо на Земле людьми!

Но в «запасниках» физиков есть кое-что еще. При встрече частицы и античастицы происходит реакция аннигиляции — «уничтожения». Электрон и позитрон исчезают, превращаясь в квант энергии. Вот она, вековечная мечта человечества о полном превращении массы вещества в энергию! Эффективность использования всей энергии, заключенной в веществе, в тысячи раз больше, чем при делении ядер. Но…

«Но пока антивещество стоит много дороже той энергии, которая выделится при его сгорании, — говорит член-корреспондент АН СССР Д. Блохинцев. — Не исключено, однако, что его можно будет использовать в качестве концентрированного топлива для космического транспорта. Но сначала, конечно, придется преодолеть трудности, связанные с хранением, транспортировкой антивещества и т. д.».

Ну а если дать простор фантазии, то далекое будущее энергетики можно представить себе так…

На астероиде или на искусственно созданной планете получается энергия по циклу системы реакций синтеза легких ядер — то, что является источником энергии нашего Солнца и множества других аналогичных звезд. В то же время на Земле энергию черпают управляемым синтезом элементарных частиц из свободных кварков, которые научились получать в любом количестве.

Безудержная фантазия? На сегодняшний день — да. Но вот что сказал о кварках академик Б. Понтекорво: «Если кварки существуют, я не сомневаюсь в том, что они могут быть использованы: стабильное „вещество“ с совершенно новыми свойствами обязательно найдет практическое применение». То же самое можно сказать и о «магнитной материи», построенной из монополей Дирака. Опять-таки — если они существуют в природе.

А уничтожить все эти и многие другие «если» могут только фундаментальные исследования в физике высоких энергий, в физике элементарных частиц.

Предсказание будущего всегда было делом нелегким и неблагодарным. Действительность оказывалась намного богаче и значительней, чем это представлялось в прогнозах. И последующие поколения чаще всего удивлялись бескрылой фантазии предшественников.

Сейчас нам трудно понять, как мог Э. Резерфорд всего за год-два до открытия реакции деления ядер сомневаться в возможности какого-либо применения ядерной энергии.

Но вопрос о сегодняшней пользе физики элементарных частиц можно рассматривать не только в плане туманных обещаний, но и конкретных реальных применений.

В 1950 году в американском журнале была опубликована статья известного физика, лауреата Нобелевской премии Е. Вигнера, в которой была такая строчка: «Наша наука с большим успехом увеличивает нашу мощь, чем наделяет нас знаниями, представляющими чисто человеческий интерес».

Сейчас, двадцать с лишним лет спустя, с этими словами нельзя согласиться. Даже если не считать открытия атомного источника энергии, физика элементарных частиц пришла бы на смотр наук, полезных человеку, не с пустыми руками.

Накануне I Международной конференции по мирному использованию атомной энергии 1955 года собралась сессия Академии наук СССР, посвященная этим же проблемам. Академик А. Несмеянов уже тогда сказал, что «атомная промышленность дает науке, и технике радиоактивные элементы, излучения которых используются в медицине для лечения и диагностики, находят применение в пищевой промышленности, автоматике, дефектоскопии, горной разведке и во множестве других направлений. Химия и физика, металлургия, механика газообразного, жидкого и твердого тела и особенно биология с ее богатством областей и направлений, начиная от физиологии высшей нервной деятельности и кончая агрономией, стали широким полем применения меченых атомов, позволили ввести новые методы работы, сделать новые открытия».

Но что же теперь добавилось нового к этим применениям? И приносят ли какую-нибудь пользу людям самые большие и дорогие устройства физики элементарных частиц — ускорители?

При сооружении одного из первых ускорителей в Дубне строители удивлялись тому, что не подводится специальная железнодорожная колея для вывоза «изделий», которые будет производить эта большая машина.

Циклотроны, фазотроны… Окутанные «таинственным туманом» науки, они привлекают к себе внимание, как все неизвестное и непонятное. Сюда часто приезжают на экскурсию люди, далекие от науки. Большинство из них почтительно и робко взирают на громоздкие сооружения из железа и еще более отдаляются от науки, глядя на ее бездушные установки — символы современности.

Но разве сложные конструкции нефтеперегонного завода более человечны? Просто люди знают, что здесь производят керосин и бензин. Даже огромные средства, затраченные для высадки людей на Луну, представляются полезней, чем расходы на исследования в физике высоких энергий, — такую мысль высказал известный американский физик В. Вайскопф на Тбилисском симпозиуме 1969 года.

К сожалению, для широкой публики практически до сих пор неизвестен огромный вклад, который ускорители, да и вся экспериментальная физика высоких энергий вносят в повседневную жизнь человека.

На мощном синхроциклотроне, созданном еще в конце 1949 года — в тяжелое послевоенное время, — Институт ядерных проблем Академии наук СССР исследовал процесс деления тяжелых ядер под действием нейтронов. Эти результаты необходимы были для решения задач практического использования атомной энергии. Теперь на ускорителях этого класса работают не только физики, но и представители совершенно иных специальностей: радиохимики и медики, радиобиологи и геохимики, сотрудники научных институтов, непосредственно связанных с промышленностью.

Здесь испытывают на устойчивость к радиационным облучениям солнечные батареи и решается проблема защиты человека от действия радиационных поясов Земли и солнечных вспышек.