Вам жить в XXI веке

температур (не менее 100 млн. °С) газ, состоящий из ядер дейтерия и трития. Получение такой плазмы и лежит в основе управляемого термоядерного синтеза.

Один из возможных путей решения этой задачи состоит в сферически-симметричном облучении твердых шариков из дейтериево-тритиевого льда короткими (примерно в одну миллиардную долю секунды) и мощными импульсами лазерного излучения. Образовавшийся в результате этого сгусток термоядерной плазмы успевает за ничтожное время своего существования сгореть в «термоядерном огне». Такой импульсный процесс по сути своей — термоядерный микровзрыв. Он и составляет основу лазерного направления в проблеме управляемого синтеза — так называемый лазерный термоядерный синтез, предложенный в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР в 1963 году.

Нетрудно понять физический принцип использования лазеров для получения термоядерных микровзрывов. Наглядная сторона вопроса заключается в возможности фокусировать лазерный световой импульс на площадку очень малых размеров — порядка 100 мкм и меньше, что, в свою очередь, означает возможность вложить всю лазерную анергию в небольшие объемы вещества.

Высокая мощность лазеров обеспечивает мгновенный нагрев и сжатие малых порций термоядерного вещества. Этим и создаются условия для термоядерного микровзрыва. Возникающее под действием лазерного излучения давление в образующемся сгустке термоядерной плазмы достигает 1010 атм (всего в 10 раз меньше давления в недрах Солнца). Плотность горячей плазмы в момент, предшествующий термоядерному микровзрыву, может составлять 100 г/см3.

Для эффективной термоядерной вспышки необходима, по современным представлениям, энергия лазера — 1-10 МДж при длительности лазерного импульса 1 не. Сама по себе названная величина энергии невелика и соответствует сгоранию 25-250 г. бензина. Однако такая энергия, сосредоточенная в узких лучах и выделяющаяся в течение столь короткого времени, оказывается способной дать человечеству свет и тепло на практически неограниченный срок.

В последние годы мы являемся свидетелями весьма бурного прогресса в решении проблемы лазерного термоядерного синтеза. В СССР, США, Франции, Японии и других странах введены в действие и строятся многоканальные лазерные комплексы с энергией излучения 104 – 105 Дж. На этих установках уже зафиксированы плотности термоядерной плазмы 10–30 г/см3, температуры в десятки миллионов градусов, а рекордное число образующихся нейтронов составляет 30 млрд. Сейчас задача состоят в том, чтобы достичь так называемого физического порога термоядерных реакций, то есть получить энергию, равную по величине энергии излучения лазера. Решение задачи означало бы возможность решающего перехода из области физических исследований в сферу инженерного конструирования. Для достижения этого порога выход нейтронов надо поднять до величины 1016 –1017 част. — имп. На первый взгляд может показаться, что мы еще очень далеки от цели. Однако физика термоядерного синтеза такова, что «дефицит» в 6–7 порядков по нейтронному выходу можно ликвидировать при увеличении массы, плотности и температуры мишени всего в несколько раз, для чего, как показывают расчеты, энергия падающего излучения должна быть многократно увеличена.

Лазерные «машины» с энергией 105 Дж — это громадные, технически насыщенные сооружения, которые трудно сравнить с чем-либо. Однако они всего лишь инструменты для физических исследований. Основная проблема лазерного термоядерного синтеза заключается в настоящее время, с нашей точки зрения, в выборе типа лазера для демонстрационного эксперимента и разработки на этой основе коммерческой системы лазер — термоядерный реактор. Среди возможных вариантов рассматриваются мощные газовые лазеры на углекислом газе, так называемые эксимерные лазеры, например криптон-фторовый и некоторые другие. Параллельно разрабатываются проекты импульсных термоядерных реакторов — устройств, превращающих энергию термоядерного микровзрыва в удобный вид энергии, например в электричество.

Лазерный термоядерный реактор — это камера, стенки которой «собирают» энергию, полученную при микровзрыве, и преобразуют ее сначала в тепло, а затем в электричество. К сожалению, вряд ли кто возьмется сегодня назвать сроки практического использования результатов фундаментальных исследований. Однако существует весьма заманчивая возможность приблизить это время. Она связана с так называемыми гибридными реакторами, в которых одновременно используются реакции синтеза и деления.

Как работает такая установка? Сфокусированные на мишени лазерные пучки вызывают термоядерную вспышку. Возникает импульсный точечный источник нейтронов, поток которых обрушивается на урановую оболочку камеры. Под действием одного термоядерного нейтрона в естественном уране происходит одно деление и образуются три-четыре атома плутония. Накапливающийся со временем плутоний повышает размножающие свойства урановой оболочки так, что один нейтрон вызывает уже 10–20 делений при полной ядерной взрывобезопасности. При этом размеры взрывной камеры могут быть невелики — всего около метра. Весь цикл такого реактора — накопление плутония, достаточно полное (до 50 %) выжигание урана — удается провести примерно за 30 лет. Вследствие того, что плутоний вначале накапливается, а затем расходуется, удовлетворительные размножающие свойства поддерживаются в продолжение всего срока без извлечения тепловыделяющих элементов и их химической переработки. Конечно, в гибридных реакторах утрачивается основное преимущество чисто термоядерных установок, однако намного проще решается проблема энергетического баланса. Вполне приемлемыми выглядят габариты станции, а ее строительство можно значительно ускорить по сравнению с чисто термоядерными. Гибридный реактор, занимающий промежуточное положение между стационарными ядерными реакторами и термоядерными системами, будет, подсей вероятности, первым этапом практического применения управляемого термоядерного синтеза.

Существуют и другие идеи, которые могут стать основой проектов импульсных термоядерных реактотывается ядерное топливо для атомных электростанций или химическое топливо, в частности, водород.

Преимущество термоядерной энергетики, основанной на лазерном синтезе, можно продемонстрировать на следующем примере. Обычная тепловая электростанция мощностью 1 млн. кВт потребляет в год 2,1 млн. т угля, атомная электростанция такой же мощности — 30 т урановой руды, а термоядерная электростанция — 600 кг термоядерного горючего.

Еще одно ее преимущество заключается в чрезвычайно низкой цене дейтериево-тритиевого топлива и в высоком качестве получаемой энергии. Так, возможность создания термоядерного реактора, работающего в режиме получения водорода, в принципе означает революцию в системе производства и снабжения энергией. Представьте себе тепловые электростанции, работающие на водородном топливе, автомобили, потребляющие вместо дорогостоящего бензина дешевый водород, «водородный», а не электрический утюг и т. д. При этом нет необходимости хранить водородное топливо в сосудах большой емкости, что связано с опасностью взрыва. Существующая в настоящее время технология изготовления сферических оболочек диаметром около 100 мкм и толщиной стенок в несколько микрометров (лазерных термоядерных мишеней) решает проблему взрывобезопасности при хранении и распределении водородной энергии. Прочность рассмотренных капсул такова, что газообразный водород можно хранить в них при давлении в сотни и тысячи атмосфер.

Таким образом, возможной конечной целью любой из мыслимых термоядерных разработок является создание проекта технически реализуемого, экономически рентабельного, безопасного для людей и окружающей среды источника энергии.

Овладение управляемым термоядерным синтезом создаст новые широкие возможности для развития человеческой цивилизации, исчезнет призрак энергетического голода. Человечество сможет вплотную заняться многими проблемами, решение которых сегодня тормозится вследствие нехватки энергии. Принципиально новая технология производства энергии не только повлечет за собой новую революцию в промышленном производстве, но и позволит резко поднять уровень повседневной жизни людей. Создание термоядерной энергетики ликвидирует реальную основу современной борьбы за энергию, лишит смысла военнополитические доктрины и концепции, ставящие во главу угла овладение энергетическим сырьем. Это создаст возможность значительно смягчить политический климат на нашей планете и тем самым ослабить нависшую над человечеством военную угрозу, создать более благоприятные условия для поступательного