Планета бурь - Олег Орестович Фейгин

– ядерная энергия. В настоящее время для получения энергии освоены лишь ядерные реакции деления, которые используются на современных атомных электростанциях. Управляемый термоядерный синтез – это пока лишь потенциальный кандидат для базовой энергетики.

Какие же преимущества имеет термоядерный синтез по сравнению с ядерными реакциями деления, которые позволяют надеяться на широкомасштабное развитие термоядерной энергетики? Основное и принципиальное отличие заключается в отсутствии долгоживущих радиоактивных отходов, которые характерны для ядерных реакторов деления. И хотя в процессе работы термоядерного реактора первая стенка активируется нейтронами, выбор подходящих низкоактивируемых конструкционных материалов открывает принципиальную возможность создания термоядерного реактора, в котором наведенная активность первой стенки будет снижаться до полностью безопасного уровня за 30 лет после остановки реактора. Это означает, что выработавший ресурс реактор нужно будет законсервировать всего на тридцатилетие, после чего материалы могут быть переработаны и использованы в новом реакторе синтеза. Эта ситуация принципиально отличается от реакторов деления, которые производят радиоактивные расходы, требующие переработки и хранения в течение десятков тысяч лет. Кроме низкой радиоактивности, термоядерная энергетика имеет огромные, практически неисчерпаемые запасы топлива и других необходимых материалов, достаточных для производства энергии сотни, если не тысячелетия.

Нужно заметить, что любой более или менее грамотный физик сразу бы заметил, в обычных (по-научному «нормальных») условиях соединить атомные ядра просто невозможно, ведь они имеют одноименный положительный электрический заряд и по школьному закону Кулона отталкиваются друг от друга с чудовищной силой. Сблизиться они могут, лишь если их разогнать мощным электромагнитным полем ускорителя элементарных частиц – циклотрона. Еще один вариант – взорвать термоядерную бомбу или создать облако высокотемпературной плазмы внутри реактора!

По словам академика Велихова, именно эти преимущества побудили основные ядерные страны начать в середине 50-х годов широкомасштабные исследования по управляемому термоядерному синтезу. В Советском Союзе и США к этому времени уже были проведены первые успешные испытания водородных бомб, которые подтвердили принципиальную возможность использования энергии ядерного синтеза в земных условиях. С самого начала стало ясно, что управляемый термоядерный синтез не имеет военного применения. В 1956 году исследования были рассекречены и с тех пор проводятся в рамках широкого международного сотрудничества.

Водородная бомба была создана всего за несколько лет, и в то время казалось, что цель близка и что первые крупные экспериментальные установки, построенные в конце 50-х, получат термоядерную плазму. Однако потребовалось более 40 лет исследований, чтобы создать условия, при которых выделение термоядерной мощности сравнимо с мощностью нагрева реагирующей смеси.

В 1997 году самая крупная термоядерная установка – Европейский токамак (JET) – получила 16 МВт термоядерной мощности и вплотную подошла к этому порогу.

Существует ложная точка зрения о том, что термоядерные исследования – чрезвычайно дорогая программа. Можно убедиться в обратном, пронормировав полную сумму на душу налогоплательщика стран, активно участвующих в термоядерных исследованиях: США, Японии, Европы и России. Окажется, что средний налогоплательщик этих стран платит 2–3 доллара в год на развитие термоядерной энергетики, а это составляет всего 0,1 % его расходов на энергию и другие энергоносители. И хотя предварительные оценки показывают, что цена электроэнергии, производимой термоядерным реактором, будет в 1,5–2 раза выше, чем нынешняя цена электроэнергии от современных электростанций, сжигающих органическое топливо, такое сравнение неправомерно для систем, которые будут конкурировать лишь через несколько десятков лет. Непрерывный прогресс в области термоядерного синтеза, который происходил в течение последних 30 лет, приводил к постепенному, но уверенному продвижению параметров плазмы в термоядерных устройствах. В то же время можно ожидать, что в долговременной перспективе традиционные методы производства энергии будут испытывать все более ужесточающиеся экономические последствия загрязнения окружающей среды.

Что же явилось причиной такой задержки? Оказалось, что для достижения цели физикам и инженерам пришлось решить массу проблем, о которых и не догадывались в начале пути. В течение этих 40 лет была создана физика плазмы, которая позволила понять и описать сложные физические процессы, происходящие в реагирующей смеси. Инженерам потребовалось решить не менее сложные проблемы, в том числе научиться создавать глубокий вакуум в больших объемах, подобрать и испытать подходящие конструкционные материалы, разработать большие сверхпроводящие магниты, мощные лазеры и источники рентгеновского излучения, разработать импульсные системы питания, способные создавать мощные пучки частиц, методы высокочастотного нагрева смеси и еще многое другое.

Однако многие сторонники холодного термояда считают, что природа хитра на выдумки, и электрические поля внутри сложных кристаллических структур скрывают еще немало сюрпризов. Например, в силу какой-то не понятной нам пока игры межатомных сил в жидкостях или в твердых кристаллах, где присутствует большое количество отрицательно заряженных электронов, могут сложиться условия, при которых происходит частичная компенсация сил электрического отталкивания, и реакция слияния ядер может происходить при меньших энергиях, чем в газообразной плазме токамака. Конечно, ни один из законов физики при этом не нарушается. Просто находятся обходные пути, на которых эти законы частично компенсируют друг друга. Так может быть, перспективы развития «холодного термояда» как раз и связаны с такой необычной ситуацией?

Химики из университета Юта Стэнли Понс и Мартин Флейшман пытались использовать процесс электролиза. Чуть-чуть подкисленную воду, куда опускаются подключенные к электрической цепи электроды, они заменили тяжелой, в которой атомы водорода замещены атомами его тяжелого собрата дейтерия. При прохождении электрического тока положительно заряженные ионы дейтерия – дейтроны – устремляются к отрицательному электроду, бомбардируя его поверхность и проникая «с разбега» в его внутренние слои.

Казалось бы, незатейливый, почти школьный эксперимент. Вот только в качестве электрода использовалась пластина благородного, похожего на золото и платину металла палладия, и не простая, а тоже пропитанная дейтерием. Палладий обладает замечательной способностью растворять в себе водород и дейтерий – впитывать их, как губка воду. Своего рода корзина для атомов дейтерия! При этом их число может стать сравнимым с числом атомов самого палладия и даже большим. Расталкивание кулоновских сил усмиряется экранирующим действием отрицательно заряженных облаков электронного газа, заполняющего пластину палладия, как и любое твердое тело. Атомы дейтерия располагаются там столь тесно, что если сравнить с плазмой, то, чтобы их так сжать, потребовалось бы фантастически огромное давление.

Бомбардирующие дейтроны сближаются с плотно заполняющими палладиевую пластинку атомами дейтерия и, можно надеяться, подходят к ним на значительно меньшие расстояния, чем в газообразной плазме. А это означает, что некоторые пары будут вступать в ядерные реакции и сливаться в тяжелый изотоп водорода тритий (он состоит из протона и двух нейтронов) или в ядро гелия. При этом, как нетрудно подсчитать, выделится значительная энергия. В первом случае ее унесет оставшийся лишним нейтрон, а в случае гелия – родившийся гамма-квант. Эта энергия пойдет на разогрев окружающего вещества.

Кроме того, был еще