Искусственное Солнце - Глеб Анфилов

Мы должны несколько разочаровать романтиков, которые, читая эту книгу, может быть, ожидали в конце концов описания какого-то подобия настоящему Солнцу — скажем, гигантского термоядерного огня, зажженного на искусственном спутнике Земли.

Проблема решится куда проще, будничнее.

Очевидно, то будет скромная обликом электростанция, может быть похожая внешне на прославленную АЭС под Москвой, которая летом 1954 года открыла эру ядерной энергетики.

К ТЕРМОЯДЕРНЫМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМ

Заглянем в завтра. На берегу небольшой реки воздвигнуто здание, мало похожее на обычную электростанцию. Никаких дымовых труб, подъездных рельсовых путей с платформами угля и шлака. Топливо черпается прямо из реки. Или, может быть, запас тяжелого водорода и лития (из которого прямо в термоядерном реакторе добывается сверхтяжелый водород) в количествах, гораздо меньших, чем уран для атомной электростанции, раз в год привозят сюда на небольшом грузовике.

В центре здания станции — термоядерный реактор. Через смотровые окна или телевизионные установки можно наблюдать его горячую зону — большое облако разогретой до звездных температур голубоватой плазмы. Это и есть, собственно, искусственное солнце.

Плазма висит в незримом мешке магнитного поля и периодически разогревается. Повышениями температуры вызываются вспышки цепного термоядерного синтеза.

Если топливом служит смесь дейтерия с тритием, то размер активной зоны не так уж велик—что-то около метра. И кубометр «горящей» плазмы дает миллион киловатт энергии!

Очень ли обилен окажется поток излучения реактора? Нет, несмотря на сверхвысокую температуру, он не будет катастрофически огромным. Ведь плотность плазмы ничтожна, и поэтому прозрачность ее весьма высока.

Значит, и излучает она не слишком сильно—примерно так же, как твердое тело, раскаленное до 5000 градусов.

5000 градусов — это почти температура атмосферы Солнца. Тем не менее светиться активная зона реактора будет довольно слабо. Лучистый поток изольется главным образом в форме невидимых ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, которые не успеют «постареть», как «стареют» лучи в недрах Солнца, не успеют «раздробиться» в фотоны видимого света.

Термоядерный «котел» послужит также источником нейтронов. И эти частицы не пропадут. Они, как мы уже говорили, найдут применение для расширенного воспроизводства трития. А лучистое богатство тем или иным способом будет преобразовываться в электрический ток (через посредство теплоносителей, тепловых котлов и турбин, либо с помощью полупроводниковых батарей).

Однако есть надежда обойтись без теплоносителей, турбин и фотоэлементов.

Весьма заманчив другой метод отвода освобождающейся энергии — простой и вместе с тем удивительно красивый физически. Его возможности указал в 1954 году упоминавшийся уже нами Г. И. Будкер. Речь идет о прямом превращении энергии термоядерного синтеза в электрический ток. Вот суть этого метода.

ПЛАЗМА В РОЛИ ГЕНЕРАТОРА

Атомные ядра изотопов водорода, набравшие в звездном жаре плазмы колоссальные скорости хаотического движения, будут сталкиваться друг с другом и сливаться, освобождая дотоле спавшую в них гигантскую энергию. Получившая волю энергия синтеза в значительной доле (в дейтерии — две трети всей выделяющейся энергии) передастся самим же атомным ядрам. И они станут двигаться еще быстрее. Но ведь частицы эти — электрически заряжены. А движение электрических зарядов, как вы знаете, обязательно порождает магнитное поле. Значит, возникновение мощной самоподдерживающейся термоядерной реакции повлечет за собой появление столь же мощной вспышки магнитного поля.

Представим себе теперь, что плазма в реакторе удерживается внешним магнитным полем. Вот мы усилили поле, сжали плазму, тем самым возбудив в ней цепную термоядерную реакцию. Энергия синтеза освобождается мощным потоком термоядерного магнитного поля, которое сметает прочь внешнее поле и вырывается наружу. При этом плазма расширяется, охлаждается, и цепная термоядерная реакция в ней затухает. Но мы вновь сжимаем плазму внешним полем, снова вызываем цепной процесс синтеза и рожденную им могучую вспышку внутреннего магнитного поля. Такие импульсы повторяются очень часто. И в такт с ними реактор выбрасывает магнитное поле, созданное термоядерным синтезом. Преодолевая давление внешней магнитной ловушки, оно будет периодически вылетать из реактора.

«Поймать» это поле — значит уловить термоядерную энергию. Но как это сделать?

Вокруг реактора надо устроить проволочные обмотки.

Вспышки магнитного поля, пересекая их, наведут в них пульсирующий электрический ток — по тому же самому закону, по которому действует любой современный электрогенератор.

Кстати сказать, генерирующая обмотка реактора, возможно, будет той самой, которая создает магнитное поле, сжимающее плазму. Тогда вспышка термоядерного синтеза станет сначала работать против сил внешнего поля магнитной ловушки, как бы «выгоняя» из обмотки ток, создающий внешнее поле. А потом в «завоеванной» обмотке термоядерное поле наведет свой ток — гораздо более сильный, чем тот, что создавал сжимающее поле, и направленный в противоположную сторону.

Получится нечто вроде молотка, бьющего по пороховому пистону. Слегка ударив молотком по пистону, мы ощутим резкий толчок назад — работу газов взорвавшегося пороха. Точно так же, слегка ударяя по плазме током обмотки реактора, мы получим в ответ мощный удар тока обратного направления. Еще ближе будет сравнение с дизельным двигателем: термоядерное горючее воспламеняется под давлением невидимого магнитного поршня, а потом отбрасывает этот поршень, заставляя его наводить мощный ток в обмотках.

Все это должно происходить достаточно быстро и, конечно, автоматически.

Наше искусственное солнце обещает производить электричество без всяких промежуточных превращений энергии. Никаких турбин, котлов, генераторов. Что может быть удобнее!

И, наконец, еще одно замечательное достоинство термоядерных электростанций — чистота, отсутствие радиоактивных отходов. Генерируя энергию, плазма не будет испускать никаких радиоактивных частиц, кроме нейтронов, которые тут же найдут полезное использование. Это преимущество особенно видно при сравнении с обычной атомной энергетикой — на уране и плутонии. Ведь проблема удаления радиоактивных отходов — ядерных осколков, образующихся в урановых и плутониевых реакторах, — с каждым годом приобретает все большую остроту. Подсчитано, что если бы все энергетические потребности такой страны, как США, удовлетворялись бы урановыми реакторами, то встала бы задача удалять ежегодно такое же количество радиоактивного яда, какое образуется при взрыве 200 тысяч атомных бомб! А к началу XXI века ежегодно накапливающаяся масса его сделалась бы эквивалентна той, что возникает при взрыве 8 миллионов атомных бомб.

Конечно, задача удаления радиоактивных отходов атомных электростанций не относится к числу неразрешимых. Но она очень и очень трудна. В термоядерной же энергетике этой проблемы нет.

ВОДА — ГОРЮЧЕЕ

Наши потомки не будут жечь дрова, торф, уголь, нефть. Неиссякаемое изобилие энергии они получат от изотопов водорода. Первое время термоядерные электростанции будут работать на смеси дейтерия с тритием. Литий — исходный материал для приготовления сверхтяжелого водорода — становится, таким образом, важнейшим энергетическим сырьем. И его немало в земной коре.

Однако нет сомнения, что физики будут стремиться осуществить управляемый термоядерный процесс и без трития, хотя бы потому, что запасы лития не безграничны.

Зато тяжелого водорода у нас хоть отбавляй — в обыкновенной воде. И извлечь его оттуда нетрудно. Вода при этом, кстати сказать, совсем не пострадает. Ведь на каждые 6000 атомов легкого водорода приходится всего один атом дейтерия. Даже сейчас дейтерий получают в количествах, которые при термоядерном синтезе могли бы дать ежегодно столько же энергии, сколько вырабатывает вся мировая энергетика.

Правда, термоядерный реактор на чистом тяжелом водороде будет более громоздким (критический объем горючего и, следовательно, активная зона реактора будет довольно велика). Поэтому на транспортных средствах — кораблях, самолетах, локомотивах — дейтериевые термоядерные реакторы вряд ли найдут применение.

Зато термоядерные электростанции на тяжелом водороде наверняка займут главенствующее положение в энергетике грядущих веков. Трудно привыкнуть к мысли, что это будут электростанции, для работы которых понадобится только вода. Одна вода — и больше ничего, причем в совершенно ничтожных количествах. Станции эти станут извлекать из воды поистине сказочную силу.