Владимир Карцев - Магнит за три тысячелетия (4-е изд., перераб. и доп.)

будет стоить около миллиарда рублей, диаметр его секционного кольцевого магнита

— около 7 км, а займутся строительством его несколько тысяч человек и сотни

организаций. Защищаться от излучения такого ускорителя придется бетонными

стенами двенадцатиметровой толщины.

Строительство новых сверхмощных ускорителей вызовет определенное напряжение даже

для таких стран, как СССР и США. Это напряжение будет не только финансовым, но и

"умственным". С новым ускорителем так или иначе свяжут свой труд около 200

кандидатов и докторов наук — целая армия ученых. Поэтому в европейской печати

довольно часто начинает проскальзывать мысль о том, что ускорители на такие

большие энергии следует строить "всем миром" — т. е. в буквальном смысле силами

всех развитых стран.

Еще в 1963 г., когда В.И.Векслер получал международную премию "Атом для мира", он

призвал к международному сотрудничеству ученых в деле постройки сверхмощных

ускорителей: "Природа одна; проблемы, которые она представляет нам на данном

этапе развития науки, очень часто имеют единственное решение, конечно, не

зависимое от того, где живут — в Советском Союзе или в Соединенных Штатах —

люди, стремящиеся найти это решение".

Неизвестно, как в конце концов разрешится эта проблема — будут ли такие

ускорители строить отдельные государства или группы государств, или, наконец,

проблема попадет в ранг вопросов, решаемых ООН. А пока энергия ускорителей

десятикратно увеличивается каждые шесть лет. Что же будет дальше?

Среди технологических революций конца XX века одной из самых главных является

перевод потребителей на атомное топливо. И снова магнитные поля оказались в

центре внимания. Только они смогут обуздать своенравную плазму в "мирной"

термоядерной реакции, которая должна прийти на смену реакциям деления

радиоактивных ядер урана и тория.

Что бы еще сжечь? — навязчивым рефреном звучит вопрос, вечно мучающий

энергетиков. Довольно долго нас выручали дрова, но у них малая энергоемкость, а

потому дровяная цивилизация примитивна. Сегодняшнее наше благосостояние основано

на сжигании ископаемого топлива, однако легкодоступные запасы нефти, угля и

природного газа медленно, но верно иссякают.

Волей-неволей приходится переориентировать топливно-энергетический баланс страны

на что-то другое. В будущем веке остатки органического топлива придется

сохранять для сырьевых нужд химии. А основным энергосырьем, как известно, станет

ядерное топливо.

Ядерная энергия много лучше энергии химической вследствие высокой концентрации

на единицу массы топлива. Уран, один из самых дорогих металлов, стал самым

дешевым топливом, ибо по производству тепла 1 г его эквивалентен 3 т антрацита.

Даже переход на все более трудноразрабатываемые месторождения, что со временем

неизбежно, атомная энергетика в состоянии перенести безболезненно. Хотя уран

подорожает, стоимость топлива скажется только на пятой части затрат, нужных для

производства электроэнергии на АЭС.

Весьма привлекательные перспективы связаны не с делением ядер, а с их синтезом.

Если сольются два легких ядра, то при этом выделится гораздо больше энергии, чем

при делении тяжелого ядра. Энергоресурсы для синтеза ядер много доступнее: из

дейтерия, содержащегося в 1 л воды, можно получить столько же энергии, сколько

из 350 л бензина, так что четыре земных океана равноценны 1400 океанам

бензиновым! Даже при стократном росте потребления этих запасов хватит на

миллиарды лет.

Технология ядерного синтеза несложна. Ядра дейтерия и трития — изотопов

водорода, составлены из протона плюс один или два нейтрона. Если эти ядра

сольются, то возникнут новое летящее ядро гелия (оно несет пятую часть энергии

синтеза) и осколок — свободный нейтрон (четыре пятых энергии). Отобрать энергию

реакции можно нагревом воды.

Чтобы воплотить в жизнь эту очередность действий, нужно сначала решить простую

задачу: как сблизить ядра, ведь они расталкиваются электрическими силами?

Выяснилось, что подвести ядра вплотную друг к другу можно тремя способами.

Инерцией, например. Если ядро-снаряд сильно разогнать, то при большой скорости

оно проскочит в мертвую зону около ядра-мишени, где ядерное притяжение уже в

сотни раз сильнее электрического отталкивания. А разогнать ядро можно на

ускорителе (это пока экономически невыгодно) или нагревом газа (потому и

называется синтез термоядерным).

Второй способ сближения — сжать смесь нужных атомов какими-то сторонними силами,

очистив ядра от электронной "скорлупы". Этот способ оказался вполне приемлемым.

И еще одно предложение: погасить расталкивание особым ядерным "клеем" из мюонов

— элементарных частиц.

Еще в середине века ученые отважно взялись за решение проблемы "термояда", хотя

кое-что оставалось неизвестным. Какова же природа ядерных сил? Почему они в

миллионы раз интенсивнее химических сил? Отчего эти силы действуют только вблизи

ядер, зависят от их ориентации и скорости, а вне ядра быстро исчезают?

За последние тридцать лет появились (но пока только в лабораторном исполнении

или только в мыслях, уже подкрепленных расчетами и опытами) три класса

гипотетических конструкций ядерных реакторов синтеза будущего.

Весьма перспективными оказались лазерные реакторы. Под руководством академика

Н.Г.Басова в Физическом институте АН СССР уже построены гигантские модели,

напоминающие сказочных спрутов. Стеклянные шарики с газовой начинкой

расстреливаются сотнями лазерных вспышек, с разных сторон согласованно бьющих в

одну цель. Горящие мишени сжимаются расширяющимся газом, плазма начинает

рассеиваться, но за миллиардные доли секунды часть ядер успевает слиться. Пока

что показатели таких пушек почти рекордны: температура плазмы уже достигла

нужных 100 млн. градусов, но плотность ее надо поднять еще раз в пятьдесят.

Самое заслуженное и, видимо, наиболее перспективное направление разработок,

родившееся в Институте атомной энергии имени И.В.Курчатова, — токамаки. (Это

название образовано из слов ТОк, КАмера, МАгнитные Катушки. Другая расшифровка:

Тороидальная КАМера с АКсиальным магнитным полем.) В тороидальной камере газ

греется, а плазму от соприкосновения со стенками удерживают огромные магнитные

поля. На токамаках удалось нагреть плазму до 250 млн. градусов, но плотность или

время удержания ее надо бы увеличить раз в десять.

Какой сосуд выдержит такую высокую температуру? Прикоснувшись к стенкам сосуда,