Беседы об атомном ядре

В 1972 году группа американских ученых предложила новую схему лазерного термоядерного синтеза с выигрышем энергии в сотни раз за счет еще большего повышения плотности мишени. По их замыслу, твердый шарик из замороженной смеси дейтерия и трития со всех сторон облучается световыми пучками лазеров. На поверхности сферы должен появиться слой горячей плазмы в виде короны. В перегретой и плотной «короне» должно возникнуть давление до сотен миллиардов атмосфер и разнести плазму во все стороны (и к центру сферы, естественно).

Вот этот «пресс» из быстрых частиц, по идее, и должен уплотнить внутренние области мишени, нагревая их за счет работы сил сжатия. Плазма тотчас приобрела бы плотность, может быть, в сотни раз превышающую плотность твердого тела, и скорость термоядерных реакций при такой плотности резко возросла бы: ядра дейтерия и трития чаще сталкивались бы друг с другом.

Первые эксперименты по сжатию плазмы до сверхплотных состояний были поставлены в Физическом институте имени П. Н. Лебедева. Там под руководством Н. Басова в 1970 году была создана уникальная лазерная установка для сферически симметричного облучения мишени. За короткое время, приблизительно равное 10^–9 секунды, девять лазерных пучков установки обрушивали на твердый шарик диаметром 10^–2 сантиметра, помещенный в центре вакуумной камеры, энергию в 1000 джоулей. Световые лучи практически одновременно, с точностью до 10^–10 секунды, сходились в одной точке, создавая плазму и вызывая в ней термоядерную реакцию.

Мгновенный, по сути дела, процесс образования и разлета плазмы ученые анализировали с помощью киноаппарата, только не обычного, а лазерного сверхскоростного с частотой съемки до 1 миллиарда кадров в секунду. Аналогичные термоядерные установки были запущены во Франции и США. Однако проблема лазерного управляемого термоядерного синтеза еще далеко не решена.

В сверхсжатой мишени термоядерные реакции обещают стать энергетически выгодными, если увеличить мощность лазеров до 10⁵–10⁶ джоулей и выполнить жесткие требования по отношению к форме лазерного импульса.

Но сотрудники ФИАНа и Института прикладной математики АН СССР разработали новую схему термоядерного синтеза. Эта схема дает возможность получать в 1000 раз больше энергии по сравнению с затрачиваемой на создание плазмы и одновременно отменяет особые требования на форму светового лазерного импульса.

Идея заключается в сжатии лучами лазеров не твердых шариков, как это было в предыдущем случае, а мишеней, представляющих собой тонкие сферические оболочки, состоящие из целого набора слоев легких веществ, тяжелых и термоядерного горючего.

Лазеры с импульсами простой формы и с общей мощностью в миллион джоулей сжимают вещество мишени до плотности, почти в 10 раз большей, чем у самого тяжелого химического элемента. Из теоретических оценок следует, что в этих условиях термоядерные реакции синтеза будут энергетически выгодными.

Теперь главная задача заключается в развитии лазерной техники. Ученые работают над созданием крупных лазерных установок, которые позволили бы проверить те новые физические идеи, которые помогут решить проблемы управляемого лазерного синтеза.

После того как в США начались успешные исследования на термоядерных установках непрерывного действия типа Токамак, сотрудники Комиссии по атомной энергии высказали предположение, что демонстрационный действующий термоядерный реактор будет, вероятно, закончен уже в середине 90-х годов.

По мнению американских ученых, работающих в области лазерного термоядерного синтеза, демонстрационный лазерный термоядерный реактор заработает лет через 15, то есть тоже в 90-х годах.

Какой подход к осуществлению термоядерного реактора окажется наиболее реальным, пока неясно. «…Еще неизвестно, — говорил Л. Арцимович, — на какой ветке вырастет золотое яблоко».

В настоящее время исследования лазерного термоядерного синтеза, так же как и осуществление непрерывных реакций слияния ядер в условиях длительного удержания плазмы с помощью магнитного поля, еще не вышли за рамки научно-исследовательских лабораторий. Но решение этих сложных задач не за горами, особенно в условиях тесного международного сотрудничества.

Соглашение между СССР и США, подписанное в Вашингтоне, открывает широкую дорогу такому сотрудничеству, выгодному для обеих сторон. Оно учитывает большое значение проблемы удовлетворения быстро растущих энергетических потребностей США, СССР и других стран мира и предусматривает совместные действия в области управляемого термоядерного синтеза.