Ядерная энергия выделяется
не только при делении тяжелых ядер урана и плутония, но и при слиянии
легких ядер дейтерия, трития, гелия-3 или лития-6. Если бы удалось осуществить
в земных условиях слияние ядер дейтерия – ДД-реакцию, то человечество
получило бы неисчерпаемый источник энергии, поскольку дейтерий содержится
в каждом литре воды.
Внутри звезд при миллионах градусов и гигантских
давлениях ядра дейтерия сливаются в ядра гелия, но на земле нагреть
дейтерий до миллионов градусов можно, только изолировав его от стенок
камеры. При такой температуре газ превращается в плазму – смесь положительно
заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов.
В 1949 году была испытана первая советская атомная
бомба и ликвидирована американская атомная монополия. В этом же году
сержант Олег Лаврентьев в письме Сталину предложил удерживать плазму
внутри камеры с помощью комбинации электрических полей. Это письмо через
Берию попало к Тамму и Сахарову, которые предложили использовать для
удержания плазмы магнитное поле. В дальнейшем Сахаров продолжил работу
над взрывным термоядерным синтезом. Для этого в подземной камере нужно
время от времени взрывать небольшие водородные бомбы, а выделяющееся
тепло использовать для нагрева теплоносителя. Недавно все СМИ сообщили,
что президент Путин знакомился в Снежинске с современным состоянием
работ по взрывному термоядерному синтезу.
Берия ничего не понимал в науке, но он хорошо
разбирался в людях, особенно в мелких собственниках, - его стиль работы
предусматривал организацию двух конкурирующих групп на любом направлении.
Берия стремился сделать атомную бомбу, слепо копируя американцев даже
в мелочах. Прекрасно работающие разведчики добыли ему все необходимые
сведения, вплоть до рабочих чертежей атомной бомбы и описания американских
экспериментов по разделению изотопов урана. Раз американцы строят электромагнитные
сепараторы изотопов, значит и
мы должны их построить. Советские ученые и инженеры под руководством
академика Л.А. Арцимовича создали громадные масс-сепараторы
для разделения изотопов. Эти машины были вскоре законсервированы – слишком
дорогой получался на них уран-235. А Арцимовичу Курчатов поручил возглавить
работы по управляемому термоядерному синтезу.
Начиналось все замечательно. Фильм «9 дней одного
года» рассказывает о начале работ
по «термояду», о захватывающем состоянии научного поиска мирного атома,
несущего человечеству тепло и свет, ради чего настоящий ученый не жалеет
ни здоровья, ни жизни.
Сначала исследовались мощные разряды тока через
цилиндрические сосуды, заполненные дейтерием. Токовая струя в газе сжимается
своим магнитным полем в тонкий шнур, в котором должна проходить ДД-реакция.
Мощная конденсаторная батарея разряжалась через сосуд с дейтерием, из-за
емкости и индуктивности цепи возникал колебательный разряд. Сначала
столб разряда сжимался в шнур, потом расширялся, потом снова сжимался…
И тут исследователи впервые столкнулись с необычными свойствами плазмы
– они пропускали гигантские токи через камеру, но при первой волне тока
нейтроны – свидетели ДД-синтеза, никогда не появлялись, зато при второй,
меньшей волне тока, нейтроны обильно излучались.
При разряде в обычном водороде, при напряжении
на конденсаторной батарее 30 kВ, появлялись рентгеновские лучи с энергией 300 kэВ! Выяснилось, что токовая
струя – пинч – при втором всплеске тока искривляется и на ней появляются
узлы – мощные источники нейтронов. Объяснить такое поведение плазмы
теоретики не могут, поэтому исследования пинчей продолжаются и в наши
дни.
Исследования управляемой термоядерной реакции
проходили на фоне разворачивающегося мирового движения за запрещение
ядерного оружия и служили лучшим прикрытием для гонки ядерных вооружений.
В 1956 году Курчатов, прилетевший в Англию, делает доклад о проблеме
управляемого синтеза и ведущихся в СССР исследованиях. Темоядерный синтез
становится главной темой обсуждения на Второй международной конференции
по мирному использованию ядерной энергии в Женеве, где с докладом выступил
Л.Арцимович. В 1958 году за эксперименты с сильноточными разрядами,
в которых были получены нейтроны, Арцимович с сотрудниками получил Ленинскую
премию.
Параллельно в СССР и Англии, а затем и в ряде
других стран, начинаются эксперименты с токамаками – с тороидальными
камерами, имеющими форму бублика, с магнитными катушками. В токамаках
создаются два мощных магнитных поля, при суммарном воздействии которых
плазма сжимается в жгут в центральной части тора.
Первые эксперименты на установках такого типа
«Альфа» и «Зета» показали, что осуществить управляемую термоядерную
ДД-реакцию в токамаке невозможно. Кроме того, выяснилось, что плазма
в токамаке находится в состоянии неупорядоченного движения, вызванного
тем, что механические и электрические колебания у плазмы взаимосвязаны.
Большая амплитуда колебаний плазмы, раскачка ее в камере токамака, свидетельствовала
о том, что внешнее магнитное поле не является идеальным способом стабилизации
плазмы.
 |
Токамак в работе |
Однако Арцимович не решился прекращать исследования
на токамаках, а принял решение перейти от ДД-реакции к ДТ-реакции, которая
идет при более низкой температуре. Он продолжал выступать с докладами
о перспективах развития термоядерной энергетики, рассказывал о неисчерпаемом
источнике энергии, скрытом в мировом запасе дейтерия, и обещал запустить
термоядерную электростанцию, если не в 1980 году, то, наверняка, до
2000 года.
В 1961 году академик Б.П. Константинов записал
для Арцимовича обращение «Почему термоядерная электростанция не будет
построена ни в 1980, ни в 2000 году».
Прежде всего, замена ДД-реакции на ДТ-реакцию
– это блеф. Трития нет в природе, его нужно предварительно наделать
в ядерных реакторах, затратив на это нейтроны деления. При ДТ-реакции
энергию уносят быстрые нейтроны, разрушая и активизируя все на своем
пути, - их нужно замедлить, размножить и использовать для получения
трития или ядерного топлива.
Первую, радиоактивную стенку камеры токамака
придется дистанционно менять с помощью манипуляторов. Не решена проблема
устойчивости плазмы – возможна ее гигантская раскачка с выбросом раскаленной
плазмы на стенки, прожигом их и загрязнением окружающей среды, а количество
радиоактивного трития в термоядерной электростанции будет измеряться
сотнями килограммов.
Нужно исследовать плазму, искать пути к осуществлению
ДД-реакции,
а не рассказывать сказки о термоядерной электростанции на ДТ-реакции.
В 1973 году умирает Л.А.Арцимович, и руководство исследованиями по
управляемому термоядерному синтезу переходит к Е.П.Велихову. С комсомольским
задором молодой академик приступает к выбиванию миллиарда рублей на
строительство большого испытательного (демонстрационного) токамака – прототипа энергетического термоядерного
реактора.
В 1975 году академик Е.Велихов и Б.Кодомцев
публикуют в газете «Правда» статью «Задача века. Пуск крупнейшей в мире экспериментальной установки
«Токамак-10». В ней прямо говорилось: «Исследования по управляемому
термоядерному синтезу вступают в новую фазу… можно ожидать решения этой
проблемы на физическом уровне в течение ближайших пяти-шести лет… Тогда
на конец этого века можно будет планировать начало создания термоядерной
энергетики».
Понимая, что промышленная термоядерная энергетика,
основанная на ДТ-реакции, - это большой дутый пузырь, Министерство атомной
энергетики отказывалось и отказывается
финансировать строительство демонстрационного токамака в России.
Ученые ряда стран Европейского союза, США, России
и Японии все-таки решают построить большой экспериментальный токамак
ITER. В дальнейшем
к этой коллаборации присоединились Канада, Китай, Казахстан и Южная
Корея. ITER
– громадная машина с тороидальной камерой сечением 30 на 40 м, со сверхпроводящими
магнитами, охлаждаемыми жидким гелием. Для проектирования ITER сформированы четыре национальные команды
и три проектных центра. На проектные работы выделено 1,5 миллиарда долларов.
Ожил, в частности, наш научно-исследовательский
институт электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова, расположенный
на окраине Санкт-Петербурга.
По предварительной оценке стоимость строительства
ITER – 10 миллиардов
долларов, продолжительность строительства более 20 лет.
Научные задачи, которые ставятся перед токамаком
ITER, весьма
скромные: установить возможность самоподдерживающейся ДТ-реакции, разработать
технологию
использования
быстрых нейтронов для получения трития и урана-233, изучить колебания
плазмы. По результатам этих экспериментов будет принято решение о строительстве
следующего демонстрационного токамака или, скорее, о прекращении исследования
ДТ-реакции. Не исключено, что на ITER будет изучаться другая
реакция синтеза - Д3Не. Гелий-3 образуется при распаде трития, кроме
того, им насыщена поверхность Луны.
Жирный многомиллиардный грант вызвал новую склоку
у коллаборантов – где строить ITER.
В конце концов было принято решение строить ITER во Франции и завершить строительство к 2030 году!
Улита едет, когда-то будет.
А.И.Егоров,
Ведущий
научный сотрудник ПИЯФ РАН
|