Запасы ископаемого топлива (нефти, газа, угля) неуклонно истощаются, новые месторождения открываются СЃ трудом, время РёС… безудержной эксплуатации определенно СѓС…РѕРґРёС‚. Нефть Рё газ закончат СЃРІРѕСЋ карьеру СѓР¶Рµ РІ этом веке. Рђ между тем доля ископаемых источников РІ РјРёСЂРѕРІРѕР№ энергетике сейчас больше 80%. Что придет РЅР° смену тепловым электростанциям (РўРРЎ)? Атомная энергия, производство которой РІ индустриальных странах многократно выросло, Р° РІ некоторых РёР· РЅРёС… (Франция, РЇРїРѕРЅРёСЏ) покрывает значительную часть энергетического бюджета (50–70%), могла Р±С‹ решить дело. Рлектроэнергия, производимая РђРРЎ, самая дешевая. Рти станции РЅРµ сжигают атмосферный кислород, как РўРРЎ, РЅРµ загрязняют атмосферу гигантскими выбросами вредных газов Рё пыли. Однако РІ современном РІРёРґРµ РѕРЅРё несут СѓРіСЂРѕР·Сѓ радиационного загрязнения среды – РїСЂРё непредвиденных авариях Рё возможных атаках террористов. Хранение радиоактивных отходов отработанного топлива – другая серьезная трудность. Успешно решая энергетическую задачу сегодня, атомная энергетика создает будущим поколениям еще более сложную экологическую проблему.
Возобновляемые источники энергии – вода рек, излучение Солнца, морские приливы, ветер – не могут пока внести заметный вклад в энергетику по причине малой мощности и высокой себестоимости электроэнергии, хотя их заметный прогресс (особенно солнечной энергетики) вселяет уверенность в широком применении уже в этом веке. Основные надежды возлагаются на развитие в ближайшие десятилетия (пока окончательно не истощатся сырьевые запасы ископаемого топлива) термоядерного метода получения энергии, пионерские работы по развитию которого сделаны в нашей стране.
Управляемый термоядерный синтез
Рдея неисчерпаемого энергетического источника, основанного РЅР° реакции синтеза легких ядер, была подсказана звездами. Решая проблему «за счет чего светят звезды», астрофизик Рђ.Рддингтон предположил, что РІ РёС… центральной Р·РѕРЅРµ, РіРґРµ температура достигает миллионов градусов, РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ ядерные реакции, РІ которых масса ядер уменьшается РЅР° величину Dm Рё, РІ соответствии СЃ формулой Рђ.Рйнштейна, выделяется энергия Р•=Dm c2, РіРґРµ c – скорость света. Плеяда физиков РҐРҐ РІ., среди которых был Рё наш Р“.Гамов, развила идею Рддингтона РІ законченную теорию термоядерного (РўРЇ) горения, блестяще подтвержденную экспериментами СЃ солнечными нейтрино, поток которых образуется РІ РўРЇ-реакциях.
Первым практическим применением рукотворного ТЯ-источника стала водородная бомба, в которой была осуществлена неуправляемая реакция синтеза тяжелых изотопов водорода – дейтерия 2Н (D) и трития 3Н (T) – с образованием гелия (4Не) и нейтрона (n):
D + T Р® 4РќРµ + n. (1)
Р’ каждой реакции выделяется энергия Q = (mD + mT – – mHe – mn) СЃ2 = 17,6 РњСЌР’. Впервые Рѕ возможности создания сверхмощного РѕСЂСѓР¶РёСЏ РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ реакции (1) заявили Р®.Р‘.Харитон Рё профессора РњРФРР.Р.Гуревич, РЇ.Р‘.Зельдович Рё Р.РЇ.Померанчук РІ докладной записке, направленной РІ 1946 Рі. правительству РЎРЎРЎР («Успехи физических наук», 1991, С‚. 161, СЃ. 171).
Быстрая реализация РІРѕРґРѕСЂРѕРґРЅРѕР№ Р±РѕРјР±С‹ РІ начале 50-С… РіРі. создала иллюзию столь Р¶Рµ быстрого успеха управляемого термоядерного синтеза (РЈРўРЎ) СЃ целью получения энергии – практически неисчерпаемого, экологически чистого источника. Чтобы РЅРµ доводить дело РґРѕ взрыва, реакция (1) должна протекать РІ малых дозах – РІ разреженной Рё очень нагретой дейтерий-тритиевой плазме. Высокая температура (РІ десять раз выше температуры центра Солнца) РЅСѓР¶РЅР° для того, чтобы СЏРґСЂР° дейтерия Рё трития сближались РЅР° расстояние действия ядерных СЃРёР» (приблизительно 10–13СЃРј), преодолевая кулоновское отталкивание. Плотность плазмы РїРѕСЂСЏРґРєР° 1014 атом/cРј3 (10–5 РѕС‚ плотности газа РїСЂРё нормальном давлении) ограничена возможностью ее удержания магнитным полем, препятствующим тепловому разлету. Генеральным направлением РЈРўРЎ стало предложение Р.Р•.Тамма Рё Рђ.Р”.Сахарова (1952 Рі.) Рѕ магнитном удержании плазмы. Плазма – сгусток заряженных частиц (ядер Рё электронов) – должна быть заключена РІ магнитную ловушку, РіРґРµ РѕРЅР° может нагреваться РґРѕ РЅСѓР¶РЅРѕР№ температуры, будучи изолированной РѕС‚ стенок реактора. Еще РѕРґРЅРѕ условие РЈРўРЎ – сохранение высокой температуры дейтерия Рё трития достаточно долго (РЅРµ меньше 1 СЃ), чтобы энерговыделение Р·Р° счет реакций синтеза превысило затраты энергии РЅР° создание Рё разогрев плазмы. РќР° этом пути были разработаны десятки экспериментальных установок, получивших название токамак (токовая камера СЃ магнитными катушками).
Условия оказались технически сложными и энергетически «затратными»: температура – не ниже 100 млн градусов, напряженность удерживающего магнитного поля – десятки тысяч эрстед, требуемый объем горячей плазмы – сотни кубических метров. Столь высокие требования и непредсказуемость поведения плазмы привели к тому, что «прямой путь» затянулся на полстолетия и только сейчас привел исследователей к возможности создания реактора с положительным выходом энергии (рис. 1).
Рис. 1. На пути к реактору-токамаку с положительным выходом энергии (1965–1998 гг.). QDT – отношение ТЯ-энергии к энергии разогрева плазмы
Длительная затяжка УТС вызвала, с одной стороны, серьезные сомнения в практической возможности создания термоядерных электростанций, с другой, – появление альтернативных путей ядерного синтеза. Столбовой тракт к желаемому энергетическому изобилию разделился на много дорог и троп, ведущих в общем нужном направлении, с заранее неизвестными трудностями. Какие из них окажутся непроходимыми, а какие, преодолев преграды, выведут к заветной цели?
Проект ITER
Самым «продвинутым», доведенным до инженерного решения, является крупный проект ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), уже более 10 лет разрабатываемый «большой четверкой» (США, Европой, Россией и Японией) и практически рассчитанный «до последнего болта». ITER – это очередной гигантский шаг в развитии метода токамака и весьма сложное, дорогое предприятие. Даже в новом, «урезанном» варианте его стоимость составляет 4 млрд долларов!
Р’СЃРµ физические задачи, связанные СЃ поведением плазмы РІ магнитном поле (ее разогрев, подавление неустойчивостей, приводящих Рє охлаждению), – считаются решенными РЅР° предыдущих установках, РЅРѕ множество инженерно-технических РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРІ (радиационная стойкость материалов, выбор оптимальных режимов, переход Рє непрерывному горению) еще Р¶РґСѓС‚ своего решения. Размеры установки, ее уникальное РїСЂРёР±РѕСЂРЅРѕРµ оснащение так велики, Р° ожидаемые результаты настолько ответственны, что РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ РЅРµ принято окончательного решения Рѕ создании ITER. РќРµ достигнуто согласия Рѕ сроках Рё месте строительства, Рѕ составе консорциума. Американская сторона, несколько лет назад вышедшая РёР· числа участников проекта, сейчас, убедившись РІ отсутствии реальных альтернатив, РІРЅРѕРІСЊ готова принять участие РЅР° этапе строительства. Р СЏРґ новых стран (РРЅРґРёСЏ, Китай) хотят присоединиться Рє проекту. Наиболее заинтересованы страны, лишенные природных источников (Англия, Франция, Германия, РЇРїРѕРЅРёСЏ) Рё чувствующие сильнее РґСЂСѓРіРёС… СѓРіСЂРѕР·Сѓ энергетического РєСЂРёР·РёСЃР°. Р РѕСЃСЃРёСЏ, родоначальница исследований РїРѕ РЈРўРЎ, РіРґРµ РѕРЅРё велись широким фронтом, принимает участие РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј СЃРІРѕРёРјРё разработками токамаков Рё огромным накопленным опытом. Координатор работ – научный центр «Курчатовский институт».
На рис. 2 показана схема ITER. Его главные параметры: мощность 500 МВт, отношение энергии ТЯ-синтеза к энергии дополнительного нагрева не менее 10, время горения плазмы 400 с (с переходом на непрерывный режим), большой и малый радиусы тора 6,2 м и 2 м соответственно, объем плазмы 840 м3, ток плазмы 15 МА. Грандиозная установка, великолепные, превышающие критические значения параметры плазмы.
Если строительство начнется РІ ближайший РіРѕРґ, специалисты РїСЂРѕРіРЅРѕР·РёСЂСѓСЋС‚ Рє 2030 Рі. создание первой РўРЇРРЎ Рё начало коммерческой эксплуатации «искусственного солнца». Здесь еще неизбежно встретятся преграды Рё «непредвиденные обстоятельства». Как РІРёРґРЅРѕ, ожидать быстрого включения РўРЇ-синтеза РІ РјРёСЂРѕРІСѓСЋ энергетическую СѓРїСЂСЏР¶РєСѓ РІСЂСЏРґ ли следует.
Рис. 2. Общий вид проектируемого реактора ITER-FEAT, в котором будет получен энергетически выгодный термоядерный синтез
Р’ настоящее время самые высокие параметры плазмы получены РЅР° крупных установках «Токамак-15В» (Р РѕСЃСЃРёСЏ), TFTR (РЎРЁРђ), JET (Европа), JT-60 (РЇРїРѕРЅРёСЏ), которые были чисто исследовательскими Рё РЅРµ использовали дейтерий-тритиевую смесь (РїРѕ причине радиоактивности трития). РС… цель – проверка теории, описывающей поведение высокотемпературной плазмы, РЅР° РѕСЃРЅРѕРІРµ которой делаются расчеты более крупных промышленных установок. РњРѕР¶РЅРѕ считать, что плазма сейчас ведет себя вполне предсказуемым образом Рё исследования СѓР¶Рµ достигли границы энергетически выгодного РЈРўРЎ (Q = 1 РЅР° СЂРёСЃ. 1). Р’ некоторых случаях эта граница РїРѕ отдельным параметрам даже пройдена: получена температура 400 млн град., РІ 4 раза больше минимально необходимой (JT-60), энергетический выход Q = 1,25(JT-60U), мощность реактора РІ течение
1 с составляла 10 MВт (TFTR) и 16 MВт (JET).
ITER-FEAT – еще более крупная экспериментальная установка, по-видимому, последняя перед созданием демонстрационного промышленного ТЯ-реактора. Главное направление ее исследований:
– оптимизация работы всех действующих агрегатов реактора;
– повышение мощности РІ 50 раз Рё достижение СѓСЂРѕРІРЅСЏ крупных современных РўРРЎ;
– увеличение времени жизни горячей плазмы до минут с последующим переходом на непрерывное (часы, дни) горение (достижение «границы горения» на рис. 1);
– решение вопроса регенерации трития (работа дивертора);
– решение ряда важнейших технических задач по надежности и эффективности эксплуатации промышленного реактора.
Рнерциальный термоядерный синтез
Необходимые критерии РЈРўРЎ РјРѕР¶РЅРѕ получить, как показал Рђ.Р”.Сахаров РІ 1960 Рі., Рё РЅРµ удерживая плазму магнитным полем. Без какого-либо капкана – позволяя нагретой d–t-плазме, РІ которой протекают реакции синтеза, СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ разлетаться РІРѕ РІСЃРµ стороны. Разлету плазмы препятствует инерция ее частиц, обладающих массой. Даже очень нагретая плазма, созданная быстрым внешним облучением, будет «инерциально» удерживаться РІ течение наносекунд (f 10–9 СЃ). Столь короткое время, предоставленное для РўРЇ-реакций, должно быть скомпенсировано высокой плотностью плазмы, которая, согласно расчетам, должна РІ 100 раз превосходить плотность твердого тела. Вместо очень разреженной, РЅРѕ долго удерживаемой магнитным полем плазмы предлагается противоположное ее состояние – очень плотная Рё короткоживущая. Рђ результат тот Р¶Рµ – превышение энергии, выделяемой РІ реакциях синтеза, над энергетическими затратами. В«Рнерциальный термояд» – это путь отдельных микровзрывов d–t-мишеней (размером около 1 РјРј), следующих СЃ определенной частотой, наподобие вспышек бензина РІ цилиндрах ДВС.
Конкретный путь реализации был указан Рќ.Р“.Басовым Рё Рћ.Рќ.Крохиным РІ 1964 Рі. – обжимать Рё нагревать d–t-мишени мощными лазерными пучками, самой РїСЂРёСЂРѕРґРѕР№ предназначенными для быстрого РІРІРѕРґР° РІ малый объем РѕРіСЂРѕРјРЅРѕР№ порции энергии. Рто направление получило название лазерного термояда. Р—Р° прошедшие 40 лет лазерный метод проделал большой путь. Были созданы многопучковые установки, которые позволяли СЃРёРЅС…СЂРѕРЅРЅРѕ сбрасывать импульсы лазерного излучения РЅР° сферические мишени, добиваясь РёС… равномерного сжатия Рё разогрева (СЂРёСЃ. 3). Были разработаны сверхкороткие импульсные лазеры (10–15 СЃ), наиболее пригодные для РЈРўРЎ, Рё многослойные мишени, сжимаемые равномерно без потери формы. Плотность РІ фокусе лазерного луча достигла 1018 РІС‚/cРј2.
Рвсе же лазерный вариант отстает от магнитного. Главный недостаток – слабое поглощение лазерного излучения горячей плазмой: чем выше ее температура, тем меньше она «замечает» лазерный луч, проходящий через нее. Велики потери на отражение от холодной короны, образованной вокруг мишени. Низок КПД мощных лазеров. «Лазерный термояд» еще не исчерпал своих потенциальных возможностей, он нуждается в новых подходах, чтобы стать более эффективным. Рна этом пути нет надежды на быстрое решение проблемы УТС.
Рис. 3. Временная последовательность сжатия и взрыва дейтерий-тритиевой мишени в реакторе ENEA/Frascati-1 (инерциальный термояд)
Пучковый термоядерный синтез
Если не годится лазерный пучок, почему бы не использовать пучки заряженных частиц, которые более покладисто будут взаимодействовать с мишенью? Так возникло несколько групп пучкового термояда – электронного, протонного, ионного, в последнее время – пучков тяжелых ионов. Тут выбор достаточно большой – в дело пойдут потоки любых частиц, получаемые на ускорителях (главное назначение которых – фундаментальные исследования). Рано или поздно достижения чистой науки находят применение в технике.
Плюсы пучкового термояда – высокий КПД (особенно для электронных пучков), сильное взаимодействие с мишенью (для протонов и ионов), огромная концентрация энергии при сбросе на мишень тяжелых ионов, хорошо изученная методика разводки пучков. Недостатки – электростатическое отталкивание одноименно заряженных частиц, трудность фокусировки пучка, сложность одновременного сброса на мишень многих пучков. Пока пучковый термояд, развитие которого началось с запозданием, отстает от лазерного. Не найдена золотая середина из многих предлагаемых вариантов, продолжаются поисковые эксперименты.
Рентгеновский термоядерный синтез
Недавно «сказала свое слово» новая установка Национальной лаборатории Сандиа (США), в которой вместо лазерного пучка используется рентгеновский. При сдавливании электрическим разрядом (Z-пинч) вольфрамовых проволок, окружающих дейтериевую мишень, проволоки испаряются, создавая мощный рентгеновский импульс, который сжимает и нагревает мишень. Достигнута, по-видимому, рекордно высокая температура, свидетельство чему – большой выход нейтронов (1010 на один Z-пинч)* из дейтериевой плазмы, где проходит менее выгодная по сравнению с (1) реакция:
D + D Р® 3He + n. (2)
Р’СЃРµ предыдущие методы ориентировались РЅР° d–t-синтез. Если сообщение Сандиа (апрель этого РіРѕРґР°) подтвердится, это будет означать, что произошел действительно резкий прорыв РїРѕ всему фронту РЈРўРЎ! Рспользование рентгеновской установки вместо РґРѕСЂРѕРіРѕРіРѕ лазера приведет Рє удешевлению РўРЇ-энергии, повысив ее конкурентную способность. Отказ РѕС‚ d–t-топлива снимет сложную проблему наработки трития. Рђ это РЅРµ только экономическая выгода, РЅРѕ Рё важный экологический стимул. Дейтерий – стабильный элемент, РІ достаточном количестве встречающийся РІ РІРѕРґРµ (РѕРґРёРЅ атом дейтерия РЅР° 6000 атомов легкого РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°). Земные запасы дейтерия неисчерпаемы. Тритий радиоактивен (период полураспада 12 лет), Рё его «в готовом виде» РЅР° Земле нет. Тритий получают РІ реакции
n + 6Li Р® 4He + T, (3)
и, следовательно, его потенциальный запас определяется земным обилием лития, которого, к счастью, достаточно много, но все же не так, как водорода в земной гидросфере. Переход на чисто дейтериевое топливо означает практическую неисчерпаемость ТЯ-источника. Термоядерное D–D-горючее – экологически чистое, в то время как d–t-топливо радиоактивно и в случае утечки грозит опасным заражением водоемов.
В проекте ITER тритий должен нарабатываться внутри реактора, в специальном блоке – диверторе, где литий облучается нейтронами, образуемыми в реакции (1). Работа дивертора – один из трудных технических вопросов, который пока не решен.
Первый успех установки Сандиа дал импульс для разработки конкурирующей с ITER силовой станции «Z-pinch fusion power plant». Возможно, в конкурентной борьбе этих направлений будет получено желаемое ускорение УТС. Однако могут вмешаться и другие сценарии развития ядерного синтеза.
Взрывная дейтериевая энергетика
РЎ середины 90-С… РіРі. РІ Р РѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕРј федеральном ядерном центре Р’РќРРРўР¤ (Рі. Снежинск) разрабатывается метод получения РўРЇ-энергии путем взрывов атомных зарядов, инициирующих d–d-реакцию. Попросту РіРѕРІРѕСЂСЏ, предлагается производить РІ камере РљР’РЎ (котел вспышечного сгорания) термоядерные взрывы большой мощности (Р° РЅРµ микровзрывы, как РІ инерциальном термояде) СЃ целью получения энергии.
Группа ученых-практиков РїРѕРґ руководством Рґ.С„.-Рј.РЅ. Р“.Рђ.Рванова давно занимается экспериментальными взрывами. Надежность РљР’РЎ, СЃСѓРґСЏ РїРѕ многолетнему опыту работы, обеспечена. Рнергетическая выгода заключается РІ том, что выделяемая РІ реакции (2)** энергия идет РЅР° производство электричества, Р° нейтроны регенерируют плутоний-239 РёР· урана-238, как это делается сейчас РІ реакторах РЅР° быстрых нейтронах (возможен ториевый цикл – получение РёР· ядер тория-232 РЅРѕРІРѕРіРѕ топлива, ядер урана-233). Как Рё РІ Сандиа, используется только дейтериевое топливо – благодаря высокой температуре, получаемой РїСЂРё взрыве атомного запала. Предлагаемая мощность зарядов – 10 килотонн РІ тротиловом эквиваленте, что РІ 105 раз больше мощности микровзрывов лазерных мишеней!
Такой взрыв может выдержать КВС очень большого размера – диаметр 120 м, высота 250 м, камера из железобетона со стенками толщиной 25 м, наполненная разреженным аргоном (рис. 4). Для смягчения ударной волны за секунды до взрыва перед стенками создается защитный занавес из жидкого натрия, одновременно используемого как теплоноситель первого контура и как аккумулятор наработанного ядерного топлива. Установка размещается под землей в скальном грунте. По размерам и техническим параметрам КВС – это монстр, по сравнению с которым ITER выглядит жалким лилипутом.
Дополнительное преимущество предлагаемого метода РІ том, что решается проблема оружейного плутония, запасы которого, согласно международным договорам РїРѕ ядерному разоружению, некуда девать. Авторы утверждают, что накопленного плутония хватит для обеспечения РјРёСЂРѕРІРѕР№ энергетики РЅР° тысячу лет. Рменно этот «задел» позволит «взрывной энергетике» быстро заменить традиционные электростанции. Р’СЃРµ необходимые элементы рабочего реактора известны, процессы досконально изучены. Необходимо признание научного сообщества Рё волевое решение директивных органов. Другие методы РЈРўРЎ РІРІРёРґСѓ незавершенности РјРЅРѕРіРёС… технических задач Р±СѓРґСѓС‚ решаться РІ цейтноте Рё, РїРѕ мнению авторов взрывной дейтериевой энергетики, обречены РЅР° неудачу.
Как отнестись к столь радикальной энергетике? Огромная мощность взрывов, грандиозность КВС, высокая радиоактивность продуктов, постоянная опасность ужасных катастроф. Где обещанная УТС экологическая чистота и забота об окружающей среде? Как известно, все атомные взрывы, даже подземные, запрещены. Никогда в прошлом энергетика не была такой угрожающе боевой. Даже звезды (за исключением вспыхивающих новых и сверхновых) выбирают мирный, стационарный, контролируемый ТЯ-синтез. В целом метод крайне «тревожный», на который не так просто решиться даже под угрозой энергетического голода.
Рис. 4. Схема реактора КВС (взрывная
дейтериевая энергетика)
Холодный термоядерный синтез
РћСЃРѕР±РЅСЏРєРѕРј стоит метод РЈРўРЎ, РІ котором РЅРµ РЅСѓР¶РЅС‹ горячая плазма, РјРёРєСЂРѕ- Рё макровзрывы, вообще какой-либо разогрев. Рто направление, получившее название холодного термояда, или, более правильно, РјСЋРѕРЅРЅРѕРіРѕ катализа, было предложено Рђ.Р”.Сахаровым Рё РЇ.Р‘.Зельдовичем РІ 1957 Рі. Суть его заключается РІ использовании нестабильной частицы – отрицательно заряженного РјСЋРѕРЅР°, масса которого РІ 200 раз больше массы электрона. РњСЋРѕРЅ РїРѕ СЃРІРѕРёРј свойствам очень РїРѕС…РѕР¶ РЅР° электрон (его называют тяжелым электроном), РІ частности, РѕРЅ может замещать электрон РІ атоме, РЅРѕ, РїРѕ закону квантования, радиус РјСЋРѕРЅРЅРѕР№ орбиты РІ 200 раз меньше, чем электронной. Атомы дейтерия Рё трития, РІ которых место электрона занял РјСЋРѕРЅ, РјРѕРіСѓС‚ объединяться РІ молекулы, РіРґРµ СЏРґСЂР° дейтерия Рё трития (РїРѕ той Р¶Рµ причине) сближены РІ 200 раз, РґРѕ расстояния около 10–11 СЃРј, что РІСЃРµ еще намного больше радиуса ядерных СЃРёР» (10–13 СЃРј). Р’ горячей плазме РїСЂРё таком сближении ядерная реакция РЅРµ пойдет, С‚.Рє. встреча ядер длится мгновение, после чего РѕРЅРё разлетаются. РќРѕ РІ мезомолекуле дейтерий Рё тритий постоянно находятся РЅР° таком расстоянии Рё РјРѕРіСѓС‚, «почувствовав» РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР°, СЃ заметной вероятностью осуществить «туннельный переход», вступив РІ реакцию (1). Образуются СЏРґСЂРѕ гелия Рё нейтрон, выделится энергия синтеза, Р° РјСЋРѕРЅ, ставший РІРЅРѕРІСЊ свободным, может сесть РЅР° орбиту соседнего атома, заменив РІ нем электрон. Р’СЃРµ повторится – произойдет РЅРѕРІРѕРµ сближение ядер Рё новая реакция синтеза. Отрицательный РјСЋРѕРЅ выступает здесь РІ роли активного посредника, ядерного Фигаро, сводящего вместе дейтерий Рё тритий. РћРЅ – ядерный катализатор. Оказывается, Р·Р° время своей короткой Р¶РёР·РЅРё (f 2 РјРєСЃ) РјСЋРѕРЅ успевает осуществить РґРѕ ста d–t-реакций.
До чего красивая физика! Не нужны сверхвысокие температуры, нет надобности в капризной плазме, отпадают сильные магнитные поля и мощные пучки частиц. Но простота не дается даром – нужны интенсивные потоки мюонов, получаемые на ускорителях во взаимодействии энергичных протонов с ядрами, и, как в любом методе, необходимо условие положительного выхода энергии. Сейчас идет борьба за энергетическую «цену» одного мюона, и если она окажется меньше суммарного выхода реакций синтеза, мю-катализ будет включен в реестр конкурирующих путей УТС.
Тупиковые пути ядерного синтеза
Не все предложения оказались плодотворными. Не обошлось без дутых сенсаций и смелых надежд, оказавшихся несостоятельными. В науке, к счастью, иллюзии распознаются быстро из-за их открытого обсуждения и проверки.
Р’ конце 80-С… РіРі. появилось сообщение американских С…РёРјРёРєРѕРІ Рѕ холодном синтезе РїСЂРё электролизе тяжелой РІРѕРґС‹. Секрет СЏРєРѕР±С‹ состоял РІ выборе материала электродов (лучшим оказался палладий), адсорбирующего РІРѕРґРѕСЂРѕРґ. РРѕРЅС‹ дейтерия скапливались РІ электроде, РіРґРµ РёР·-Р·Р° большого давления РјРѕРі происходить «туннельный эффект», как РїСЂРё РјСЋ-катализе. Никакие теоретические оценки РЅРµ подтверждали такой возможности. Тщательная проверка, проведенная РІ РґСЂСѓРіРёС… лабораториях, показала ошибочность первых экспериментов. Р РІСЃРµ Р¶Рµ, отвергнув этот метод, исследователи получили положительный результат: оказалось, что РїСЂРё некоторых условиях ядерный синтез возможен без высокой температуры Р·Р° счет скрытого ускорения частиц РІ субатомных электрических полях. Получить РЅР° этой РѕСЃРЅРѕРІРµ энергетически выгодный РЈРўРЎ невозможно.
Другая сенсация РїРѕРєР° еще Р¶РёРІР°, РЅРѕ, РїРѕС…РѕР¶Рµ, Рё РѕРЅР° СЃРєРѕСЂРѕ заглохнет. Речь идет Рѕ пузырьковом термояде, предложенном 10 лет назад академиком Р .Нигматулиным (Уфимский научный центр) Рё подтвержденном РіСЂСѓРїРїРѕР№ американских исследователей РІРѕ главе СЃ РїСЂРѕС„. Р .Лэхи. Рто тоже вариант холодного синтеза, РЅРѕ СЃ более серьезным обоснованием. Р’ дейтерированном ацетоне создавались условия роста микропузырьков газа, Р° затем внешним акустическим воздействием проводилось РёС… сжатие (кавитация), что резко повышало температуру (РґРѕ нескольких миллионов градусов) Рё могло инициировать реакции d–d-синтеза. Регистрировались нейтроны Рё активность трития – индикаторы реакции (2). Несомненно, ядерный синтез РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёР», РЅРѕ совершенно РЅРµ очевидно, что будет получен энергетически выгодный термояд. Критические замечания, появившиеся РІ печати, показывают, что исследователи переоценили полученные результаты, Р° теоретические расчеты СЂРѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕРіРѕ ученого слишком неопределенны, чтобы РЅР° РёС… РѕСЃРЅРѕРІРµ делать заключение Рѕ перспективности метода.
Камо грядеши?
Путей РЈРўРЎ РјРЅРѕРіРѕ. Некоторые РёР· РЅРёС…, как метод токамака, эволюционировали Рё сейчас подошли Рє моменту реализации РІ промышленном масштабе, хотя понадобится еще несколько десятков лет для создания РўРЇРРЎ. Другие, появившиеся позднее (варианты «инерциального термояда»), заметно отстают, РЅРѕ продолжают совершенствоваться. Новые, РІ особенности рентгеновский термояд установки Сандиа Рё взрывная дейтериевая энергетика, претендуют РЅР° лидерство благодаря простоте Рё экономичности. Были Рё ложные тропы, Рё заманчивые миражи. Р РІСЃРµ Р¶Рµ, зная, что РўРЇ-источник неизбежно должен заменить тепловые станции СѓР¶Рµ через 30–40 лет, РІСЃРµ направления РЅСѓР¶РЅРѕ исследовать. РќРё РѕРґРёРЅ путь (Р·Р° исключением СЏРІРЅРѕ тупиковых) РЅРµ должен остаться без внимания. Слишком велика ставка цивилизации РЅР° термоядерный источник. Слишком серьезна СѓРіСЂРѕР·Р° энергетического РєСЂРёР·РёСЃР°.
Многолетний руководитель программы «Токамак» академик Л.А.Арцимович, при котором встретились первые серьезные трудности с плазмой и были достигнуты первые успехи ее укрощения, на вопрос «Когда же будет построен работающий термоядерный реактор?» отвечал: «Тогда, когда это будет нужно человечеству». Кажется, это время уже наступило.
* Еще больший выход нейтронов получен РЅР° установке «Ангара-5-1В» (РўР РРќРРўР, Рі. Троицк, Р РѕСЃСЃРёСЏ)
** Полный цикл ядерных реакций дейтериевого горения:
D + D Р® t + p + 4 РњСЌР’.
D + T Р® 4He + n + 17,6 РњСЌР’.
D + D Р® 3He + n + 3,3 РњСЌР’.
D + 3He Р® 4He + p + 18,3 РњСЌР’.
Ртог: 6D Р® 2 4He + 2p + 2n + 43,2 РњСЌР’.