Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Первобытный человек, осмелившийся после лесного пожара схватить тлеющую головню и разжечь от нее первый костер, заставил служить себе луч Солнца, поработавший некогда на постройке органических молекул древесины.

Затерявшиеся в веках первооткрыватели угля и нефти раздобыли людям солнечные «консервы», изготовленные сотни миллионов лет назад, чтобы мы сегодня питали ими бесчисленные котельные, топки паровозов, теплоэлектроцентрали.

Создатели ветряных и водяных мельниц, гидростанций и ветроэнергетических установок тоже, по существу, выдумали солнечные машины. Ведь именно Солнце рождает ветер и движение воды.

Короче говоря, топливо, вода, ветер—посредники между человеком и Солнцем. Но, надо сказать, посредники эти не слишком расторопные и экономные. Передавая людям энергию Солнца, они не спешат и мало теряют.

Лишь с помощью полупроводниковых световых батарей и искусственного фотосинтеза можно будет без всяких посредников брать с неба всесильный лучистый поток.

Освоение богатств солнечных лучей — великая и заманчивая перспектива. В будущем эту область техники ждет грандиозное развитие. Однако будущее это, видимо, не близкое, ибо многочисленные технические, проблемы,, связанные с ее развитием, еще очень далеки от окончательного решения.

Зато уже протоптана человеком тропа совершенно иного приобретения энергии, не связанного с Солнцем.

На твердом индустриальном фундаменте сегодня стоит ядерная энергетика. Создание первой в мире атомной электростанции ознаменовало, помимо всего прочего, важный поворот в истории — начало похода науки против вековой зависимости людей от Солнца. Правда, и раньше мы получали какие-то крохи энергии помимо светила — от приливов, вызываемых главным образом Луной, из теплоты недр планеты. Но энергетические кладовые тяжелых атомных ядер неизмеримо доступнее. Освоение ресурсов урана и тория, бесспорно, отодвигает угрозу энергетического голода. Однако надолго ли? Оказывается, не очень. Если всю мировую энергетику перевести на «расщепляющееся» ядерное горючее, то при нынешних темпах роста потребления энергии его хватит лишь на 100—200 лет, на тот же период, за который израсходуются запасы угля и нефти.

Что ж, значит, атомный век сулит быть именно веком? Неужели ему суждено завершиться так скоро?

Нет. Нескончаемо долго будет служить людям энергия атомного ядра, ибо далеко не одно «расщепляющееся» ядерное горючее учатся использовать люди. Мирное освоение энергии ядерного синтеза, извлечение ее без взрывов, искусственное солнце — вот что вольет жизнь в исполинскую технику будущего.

Если бы нашелся способ обуздать термоядерные реакции, люди навеки обеспечили бы себя собственной, чисто земной, независимой от Солнца энергией и в таких количествах, которые выглядят совершенно фантастическими. Ведь водород и дейтерий — это вода океанов!

В истории науки порой случаются странные, трудно объяснимые эпизоды. Об одном из них, касающемся проблемы искусственного солнца, стоит вкратце упомянуть.

Ходят слухи, что еще в конце 40-х годов, за несколько лет до того, как поднялся над Землей первый зловещий гриб водородного взрыва, в пору, когда никто из признанных лидеров физики и не помышлял о возбуждении спокойной термоядерной реакции, опыты в этом направлении уже ставились. И где бы, вы думали? В Аргентине. В глухом уголке этой страны пастухов и овец — на уединенном острове какого-то озера, под бдительной охраной наемных стражников, в обстановке строжайшей секретности — некто, по фамилии Рихтер, пытался осуществить лабораторный термоядерный синтез. Сообщение о физике-«подпольщике» просочилось тогда па страницы американского журнала «Нуклеонике» и вызвало волнение в научной среде. Нашлись скептики, поднявшие на смех не ведомого никому «чудака» и «мечтателя». Но иные из ученых отнеслись к нежданной вести с интересом. Журнал обратился к Рихтеру с призывом поделиться итогами опытов. Ответа не последовало. Таинственный экспериментатор как в воду канул.

И поныне неизвестно, что делал этот человек. Непонятно и кем он был: гениальным ли провидцем, не пожелавшим никого посвятить в свои замыслы, алчным ли изобретателем, в угрюмом одиночестве стремившимся к наживе... Может быть, то был ловкий спекулянт и фальсификатор, преследовавший чисто жульнические цели — вроде небезызвестного Метьюза, который во время первой мировой войны сорвал солидный куш за лжеизобретение каких-то универсально смертоносных лучей? Трудно сказать...

Во всяком случае, и неудача талантливого ученого-одиночки теперь не вызвала бы удивления. Проблема лабораторного ядерного синтеза оказалась необычайно трудной. Она под силу лишь большим коллективам исследователей, работающих во всеоружии новейшего оборудования необычайной сложности и точности. Это отнюдь не дело одного человека—это огромная задача, задача подлинно государственного, даже международного масштаба.

Первые широко организованные поиски подходов к решению великой проблемы управляемого термоядерного синтеза были предприняты в начале 50-х годов в Советском Союзе, Англии и США примерно одновременно. После ряда предварительных изысканий стало ясно, что наука уже созрела для того, чтобы начать планомерное движение к заветной цели.

В 1955 году президент Академии наук СССР академик А. Н. Несмеянов говорил: «Настало время вместо использования жалких крох консервированной в том или ином виде на нашей планете колоссальной энергии Солнца создать свое солнце на Земле. Не правда ли, это звучит как фантазия? Но разве фантазия — электростанции, использующие ядерную энергию деления урана, двигатели на атомном горючем? Еще ближе мы подойдем к цели, когда сумеем получить управляемую термоядерную реакцию, подобную реакциям, идущим на Солнце. Тогда мы действительно создадим наше солнце на Земле».

А вот слова ведущего советского исследователя физики атомного ядра академика И. В. Курчатова, произнесенные с высокой трибуны XX съезда Коммунистической партии Советского Союза:

«Теоретические работы по атомной и ядерной физике открыли возможность искать новый путь использования атомной энергии в мирных целях, открыли возможность экспериментального развертывания работ по осуществлению управляемых термоядерных реакций — реакций синтеза, или слияния, что является важнейшей, генеральной задачей науки».

Итак, надо научиться возбуждать термоядерные процессы без атомной или какой угодно другой бомбы - в небольших, безопасных масштабах, с тем чтобы выделяющаяся гигантская энергия сделалась доступна контролю, регулированию и, стало быть, техническому, освоению.

Горючим могут служить те же изотопы водорода — дейтерий и тритий, ядра которых способны к знакомым нам реакциям:

Теперь об этом чудесном топливе стоит рассказать поподробнее.

Тяжелый водород содержится в естественном водороде в довольно значительном количестве— 15,6 килограмма на тонну. В довоенные годы разделение изотопов водорода считалось труднейшей задачей. И. В. Курчатов в одной из своих статей вспоминает, что в ту пору тяжелый водород для научных исследований удавалось добывать буквально граммами. Зато теперь получение дейтерия — дело не слишком сложное. Во всяком случае, оно неизмеримо проще разделения изотопов урана, о котором мы упоминали, обсуждая способы приготовления делящегося ядерного горючего. Ведь разница в весе атомов изотопов водорода весьма велика, а это влечет за собой и заметные различия их физических свойств. В результате тяжелая вода плотнее обычной, точка кипения ее 101,42 градуса Цельсия, а замерзает она при 3,802 градуса Цельсия.

Имеется несколько промышленных путей выделения тяжелой воды из обычной. Удобные методы предложены и для отделения дейтерия от водорода. В Институте физических проблем Академии наук СССР разработан метод разделения изотопов водорода при их глубоком охлаждении. Легкий водород и дейтерий становятся жидкими при разных температурах, и поэтому их отделяют друг от друга перегонкой. Стоимость дейтерия по энергетической ценности уже сейчас в сто раз меньше стоимости угля.

Несколько слов о наиболее эффективном горючем термоядерных реакторов будущего — тритии.

Как вы думаете, сколько его на земном шаре в естественных условиях?

Несколько сот граммов — всего-навсего.

Почему же?

Мы уже говорили, что тритий сильно радиоактивен. За каждые двенадцать лет его запас наполовину тает — распадается. А возобновляется он только за счет того, что атомные ядра азота воздуха то там, то здесь подвергаются бомбардировке нейтронами, появляющимися в космических лучах. Ядро азота, поглотив нейтрон, распадается на ядро углерода и ядро трития.