Ирина Радунская - Проклятые вопросы

Рассмотрим вместе с учеными эту возможность.

Для того чтобы два ядра тяжелого водорода — дейтерия могли слиться друг с другом, образуя ядро гелия и высвобождая порцию энергии, они должны столкнуться между собой с огромными скоростями. Только при этом могут быть преодолены силы взаимного отталкивания одноименных зарядов ядер. Силы, защищающие ядро от ему подобных, несравненно крепче лат средневековых рыцарей. Чтобы придать ядрам дейтерия нужную скорость, следует нагреть их до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Но одного этого недостаточно. Чтобы реакция успела развиться в устойчивый процесс, такую температуру нужно поддерживать достаточно долго. Ведь ядра невозможно точно направить одно на другое с тем, чтобы они обязательно столкнулись между собой. Столкновение — дело случая. И чтобы такие случаи реализовались в достаточном количестве, нужно на некоторое время удержать раскаленный газ в ограниченном объеме, несмотря на огромные скорости образующих его частиц, заставляющие их рассеиваться в пространстве.

Попробуем на минуту представить себе, что происходит в глубине Солнца или солнцеподобного светила — механизм процесса при температуре в миллионы градусов. В таком пекле атомы не могут «выжить» и сохраниться в целом виде. Огромная температура разрывает их на части, отрывает электроны от ядер. Они движутся независимо и с большими скоростями. Но сила притяжения не дает им разлететься. В недрах звезд образуется особое, удивительное, состояние вещества — раскаленная плазма, больше всего напоминающая газ, а точнее, ту плазму, которая существует внутри трубок газосветных реклам или возникает в лампах-вспышках, применяемых фотографами, но несравненно более горячую и плотную. Разница лишь в температурах и давлениях. Здесь, в земных условиях, это тысячи градусов и доли или единицы атмосфер. Там — миллионы. Здесь далеко не все атомы разрушены, не все ядра оголены, не все электроны освобождены. Там — все.

Различен и состав вещества. Здесь, в лампах, — это инертные газы или их смесь. Там — преимущественно водород. Плазма, бурлящая в недрах звезд, состоит главным образом из протонов — ядер водорода с незначительной примесью ядер легких элементов и, конечно, электронов.

Внутри звезд протекают сложные ядерные реакции, в результате которых четыре протона объединяются между собой, образуя ядро атома гелия — альфа-частицу. При этом выделяется энергия, поддерживающая сияние звезд.

В каждом таком акте слияния испускается малая порция энергии. Но размеры звезд огромны, велика и энергия, выделяющаяся в течение миллиардов лет. На Земле невозможно воспроизвести точно условия, существующие в недрах звезд. Нужно добиться слияния протонов доступным путем. Чтобы это был не взрыв, а безопасный управляемый процесс.

Получение горячей плазмы в земных условиях — цель и надежда всей будущей энергетики. Казалось бы, все ясно: надо нагреть плазму и удержать ее частицы от разлетания. Но как нагреть и как удержать?

Первый обнадеживающий путь указал академик И. Е. Тамм: создать и нагреть плазму электрическим разрядом и удержать ее силой магнитных полей в особых «магнитных бутылях». По этому пути пошли многие ученые. Исследователи увлекались то одной, то другой конструкцией остроумных и, казалось, надежных устройств — как правило, это были громоздкие приборы, скованные массивными электромагнитами. Но наградой были лишь неудачи. Из этих «магнитных бутылей» плазма вытекала, словно молоко из дырявых пакетов. Рукотворное солнце не зажигалось… Этот путь дал лишь опыт, понимание трудностей задачи, но не практический результат.

Самый конструктивный способ, основанный на принципе магнитного удержания плазмы, был предложен и разработан учеными под руководством академика Л. А. Арцимовича. Они придумали «магнитную бутылку», лишенную горла. Их магнитная ловушка имеет форму пустого бублика. Бублика с двойными стенками. Первые, видимые, отделяют внутреннюю полость от внешнего воздуха. Там будет создана и нагрета плазма. Вторые, невидимые, образованы магнитными полями. Они отделяют плазму от стенок бублика, чтобы частицы раскаленной плазмы не соприкасались с ними, не охлаждались ими и не нагревали их.

Прибор, вернее, сложная и крупная установка, реализующая эту идею, получил название Токамак. Его основа — тороидальная камера, расположенная внутри тороидального магнитного поля, — позволяет нагревать плазму до гигантских температур и удерживать ее некоторое время в этом состоянии. Советские ученые показали, что это один из надежных путей к цели. Они планируют следующий шаг в ближайшее время.

Это — надежный путь покорения энергии ядра. Однако пока никто не прошел его до конца. Никто не добился вожделенной цели — не зажег рукотворное солнце.

Главная причина в том, что при помощи электрического разряда трудно осуществить достаточно быстрый нагрев. Когда температура плазмы доходит до десятков миллионов градусов, ни одна, даже самая мощная, ловушка не способна удержать плазму от расширения.

Еще не были запущены первые модели Токамаков, а экономисты уже провели расчет на эффективность. Они сравнили, сколько энергии на единицу веса топлива выделится при термоядерном способе и при расщеплении тяжелых ядер урана или плутония в обычных атомных энергетических установках. Расчет показал, что термоядерные электростанции будут выгоднее атомных, выгоднее даже самых выгодных на сегодняшний день.

Был сделан и другой подсчет, так сказать, на «чистоту» процесса. И в этом плане термоядерный синтез оказался самым прогрессивным и гигиеничным. Он не дает тех побочных отходов, которые все-таки получаются при атомных расщеплениях (имеются в виду радиоактивный цезий, стронций и другие радиоактивные продукты, эти неизбежные спутники деления тяжелых ядер). При термояде нет и угрозы ЧП, термоядерный «Чернобыль» невозможен. Установка не расплавится, не взорвется. Если процесс выйдет из-под контроля, пойдет не по программе, то он просто заглохнет, прекратится.

Сама природа — главный пропагандист идеи термояда. Запасы тяжелого водорода, дейтерия — этого основного термоядерного топлива, — неисчерпаемы. Одного лишь дейтерия из морей достаточно для практических нужд на миллионы лет вперед.

Вот почему никакие трудности с магнитными ловушками не могли заставить физиков отказаться от намерения найти способ зажечь рукотворную звезду.

И вот — новая идея: изящная, простая и на первый взгляд легко осуществимая!

В вакуумную камеру выстреливается льдинка замороженного водорода (вернее, смеси тяжелого водорода — дейтерия и сверхтяжелого водорода — трития). Вспышка лазера встречает льдинку в центре камеры. Мощность лазерного луча столь велика, что льдинка, температура которой первоначально очень мала, превращается в крупинку солнца. Температура ее приближается к бушующей плазме в недрах звезды, а плотность очень высока. Ведь за мгновение, пока длится вспышка, частицы, уже набрав колоссальную скорость, еще не успели заметно сместиться в пространстве. Давление лучей лазера вызывает в раскаленной плазме ударную волну, сжимающую плазму в сверхплотный сгусток.