Насколько близко человечество подошло к созданию неисчерпаемого источника энергии? Какая конструкция наиболее перспективная? В самом ли деле США вот-вот овладеют управляемым термоядерным синтезом? На наши вопросы ответил академик Российской академии наук, руководитель отделения квантовой радиофизики Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, профессор, доктор физико-математических наук Олег КРОХИН.
СОЛНЦЕ НА КОНЦЕ ИГЛЫ
Более 3 миллиардов долларов и 12 лет потратили американцы, чтобы построить экспериментальную установку, в которой для создания термоядерной реакции будут использованы лазеры. Комплекс под названием "Национальная зажигательная установка" (US National Ignition Facility, NIF) возведен в Калифорнии. Исследования там проводят специалисты Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса - крупнейшего американского ядерного центра и военной лаборатории.
"Зажигалка" - это ангар площадью больше двух футбольных полей. Внутри сферическая 10-метровая камера. В ней микроскопический шарик диаметром около двух миллиметров. А в нем - 150 микрограммов смеси дейтерия и трития. Это та самая смесь, которую использовали в водородных бомбах.
И вот на шарик-мишень направляют 192 лазерных луча мощностью до 500 триллионов ватт - это в тысячу раз больше, чем потребляют все Соединенные Штаты. Лучи разогревают шарик с горючим. Давление внутри становится чудовищным - в 100 миллиардов раз выше атмо-сферного, температура подскакивает до 100 миллионов градусов по Цельсию (в центре Солнца всего 15 миллионов градусов). В результате начинается термоядерная реакция. Крошечная водородная бомба взрывается. И словно бы вспыхивает миниатюрная звезда.
Увы, рукотворная звезда горит лишь миллиардные доли секунды. Дольше - хотя бы минуту - не получается. Собственно, в том, чтобы она светила и давала жар бесперебойно, и состоит главная цель ученых.
Пока же, как они признаются, удается лишь "чиркать термоядерными спичками".
Американская "зажигалка" - конкурент Интернациональному термоядерному экспериментальному реактору (ИТЭР), в строительстве которого принимает участие и Россия. Запустить его планируют к 2020 году. И попробуют осуществить термоядерный синтез, удерживая плазму в огромном бублике с помощью электромагнитных полей.
КУРЧАТОВ ВЫДАЛ "СЕКРЕТЫ"
- Олег Николаевич, - спрашиваю я академика, - нам-то, наоборот, лазерный термояд ближе. Во всех энциклопедиях написано, что именно вы с академиком Николаем Басовым сформулировали идею управляемого термоядерного синтеза с помощью лазера в 1962 году. Это так?
- Да, идея наша. Но про управляемую ядерную реакцию первым открыто заговорил академик Игорь Курчатов в 1956 году во время визита Хрущева в Англию. Курчатов был членом правительственной делегации. Выступил с лекцией в Харуэлле, центре научно-исследовательских работ в области атомной энергии Великобритании.
Вот как описывается его лекция в книге "ЖЗЛ. Курчатов": "Игорь Васильевич рассказал о термоядерных реакциях. И о каких? Управляемых! Тех, одно упоминание о которых держалось в США и Англии за семью печатями секретности... Россия намного опередила Англию и, вероятно, Америку в стремлении поставить энергию водородной бомбы на службу промышленности. Он поразил аудиторию, заявив, что русские закончили эксперименты, которые в Харуэлле находятся только в стадии планирования. Ученые Харуэлла устроили ему овацию".
- А сегодня мы позади планеты всей. Почему?
- Американцы взялись за эти опыты двадцать лет назад - тогда в нашей стране был развал. Но вообще весь мир с термоядом немного припозднился. Долгое время считалось, что проблема практического использования энергии термоядерного синтеза не требует срочных решений и действий. Ведь еще в 1980-х годах источники ископаемого топлива казались достаточно большими, а проблемы экологии и изменения климата не волновали общественность.
- Как вообще возникла идея обуздать термояд?
- Толчком послужило создание водородного оружия. В такой бомбе огромные температуры достигаются путем мгновенного нагрева. Этот принцип подходил, только требовалось мирное использование. Чтобы бомба не взрывалась, а непрерывно горела при очень высокой температуре - в десятки миллионов градусов.
- Почему американцы не могут заставить непрерывно гореть свою "зажигалку"?
- Когда 2-миллиметровый шарик с горючим веществом внутри начинают облучать лазером, то тем самым пытаются как можно плотнее сжать это вещество. Но чтобы его сжать, нужно очень аккуратно, ровненько осветить шарик по поверхности. Чтобы не было плохо освещенных или, наоборот, сильно освещенных участков. И пока так не получается. Шарик сжимается, как деформированный, спущенный футбольный мяч. Самое главное сейчас - обеспечить идеальную симметрию освещения. А может быть, сама мишень изготовлена не вполне совершенно. Но в Ливерморской лаборатории в США эксперименты уже вышли на стадию, когда вспыхнет второе солнце.
АНЕКДОТ ОТ АЛФЕРОВА
- Значит, американцы первыми получат неисчерпаемый источник энергии?
- Проблема в том, что технологически это очень сложная задача. Установку можно назвать работающей тогда, когда в нее вложили 1 миллиард, а получили 100 миллиардов. Надо не только управлять термоядом, но еще и энергию получить. И на выходе надо получить больше, чем вложили. А пока только вкладывают энергию, но не получают ее обратно. Ученые сегодня добились всего одной тысячной от того результата, которого хотелось бы получить. И не думаю, что американцы нас обгонят, потому что международная программа ИТЭР может быть более успешной.
- Когда ИТЭР зажжет свое солнце? Говорят, что лет через десять.
- Я отвечу любимым анекдотом нашего нобелевского лауреата Жореса Алферова. Одного из ведущих ученых в области термоядерного синтеза спросили, когда он ожидает получить положительный результат. Он ответил: "Через 10 лет". Прошло 10 лет, его спросили опять: "Ничего нет, а вы обещали через 10 лет. Когда получите?" Он вновь ответил, что через 10 лет. Ему и говорят: "Вы же и 10 лет назад говорили то же самое". А он ответил: "Я свое мнение не меняю". Этот анекдот отражает правду и с ИТЭР. Очень сложная задача. Мое мнение таково: для настоящего промышленного применения управляемого термояда, то есть выработки электроэнергии, потребуется как минимум 50 лет. Но успешные эксперименты, конечно, будут выполнены в ближайшие год-два.
- Значит, два солнца вовсю заработают к 2060 году? А по прогнозам, как раз к этому времени исчезнут нефть, уголь, газ.
- Да, ископаемые исчезают потихонечку. Лет через сто, а может, и раньше закончатся не только нефть и газ, но и относительно дешевое топливо для урановых реакторов. Потому что в них горит уран-235. Его мало. И атомная энергетика может стать неприемлемо дорогой, когда мы его "съедим".
Но закончится нефть или нет, жалко ее тратить на топку. Лучше из нее производить больше пластмассы и синтетики. Продукты нефтепереработки очень нужны. Вы, например, сегодня даже машины не найдете с металлическим бампером.
НЕИСЧЕРПАЕМАЯ ВОДА
- В земных солнцах в качестве топлива будут использоваться дейтерий и тритий. Их надолго хватит?
- На миллионы лет. Ведь дейтерий в основном содержится в воде. Молекула воды является соединением водорода и кислорода. И на каждые 7000 атомов водорода в обычной воде приходится атом дейтерия. То, что в молекулах обычной воды один из атомов водорода замещен дейтерием, - это наследие, доставшееся нам от Большого взрыва. А тритий будет воспроизводиться прямо внутри термоядерной установки в процессе работы.
- Но все-таки управляемый термояд - это просто маленькая водородная бомба. Во время синтеза получаются почти такие же процессы, которые идут при термоядерном взрыве. Хотя по масштабу, конечно, значительно меньше. Не опасно ли?
- Плюс в том, что, как у АЭС, у термояда не остается радиоактивных отходов. Однако в термоядерном реакторе очень большой поток нейтронов, который вылетает после каждого зажигания звезды. А это радиация. Если она попадает, не дай бог, на человека, то он получает дозу. Поэтому в будущем термоядерные установки будут изолировать.
- А террористы смогут воспользоваться этой ручной, но все же бомбой?
- Точно не смогут. Нет необходимости использовать в термояде материалы, которые могут быть использованы для производства ядерного оружия, поэтому и исключаются случаи терроризма.