Электричество шаг за шагом

Ещё лет 70–80 назад было понятно, что в принципе можно добывать энергию из атомного ядра, но даже ведущим профессионалам это казалось безнадёжным для практики делом. Вместе с тем через два-три десятилетия появились первые атомные электростанции, а сегодня в мире их уже больше сотни — атомная энергетика стала работающей реальностью. Но оказывается, что урана, который нужен для атомных реакторов электростанций, тоже не так уж много в земных недрах, кто-то подсчитал, что его, как и нефти, хватит на 30, максимум на 50 лет. Так что ядерная энергетика, основанная на реакциях деления, уже тоже должна думать об ограниченности запасов своего топлива. Этой проблемы практически не будет, если энергетика сумеет приручить известную ядерную реакцию синтеза — слияние ядер водорода в ядро гелия. Водород можно брать из воды, а её у нас достаточно — океаны. Для водородного синтеза нужен, правда, не только обычный, а ещё и тяжёлый водород дейтерий (изотоп, у которого в ядре кроме протона есть ещё и нейтрон), но его в Мировом океане тоже немало, хватит на миллионы лет.

Т-235. Термоядерный синтез — сквозь тернии к звезде. При слиянии ядер водорода (на самом деле водорода и дейтерия) выделяется во много раз больше энергии, чем при распаде атома урана, но воспользоваться этим не так-то просто. Электричество — вот главное препятствие на пути получения электроэнергии из реакций водородного синтеза. Ядро водорода — это протон, частица с положительным электрическим зарядом. Чтобы объединить два ядра протона, их надо сблизить, а при сближении этих двух «плюсов» они, естественно, взаимно отталкиваются. В какой-то момент ядерные силы преодолеют электрическое расталкивание, соединят два протона в одно ядро гелия, но могучие ядерные силы начинают действовать на очень малом расстоянии, чтобы прийти к нему, нужны огромные усилия, которые помогли бы преодолеть электрическое расталкивание протонов.

Водородный синтез — источник энергии звёзд, в том числе нашего Солнца, там протоны сближаются в основном благодаря огромному давлению в недрах звезды. В водородной бомбе этот процесс сверхсильного сжатия воспроизводится урановым взрывателем. Чтобы создать земной термоядерный реактор, создать спокойно работающую небольшую звезду, можно нагреть газообразный водород до нескольких десятков миллионов градусов. При такой температуре газ превратится в плазму, покинутые электронами ядра водорода (протоны) будут метаться с огромными скоростями (Т-8), набирая очень большую энергию, которая и преодолеет их электрическое расталкивание. Так что ключ к добыванию энергии из реакций водородного синтеза — это сверхвысокие температуры. Отсюда и название управляемый термоядерный синтез, сокращённо УТС, или, как уже давно принято называть его, термояд.

ВК-269. Несколько японских и американских фирм сообщили, что приступают к созданию орбитальных солнечных электростанций. Огромные солнечные панели каждой станции (их объявленная площадь — несколько квадратных километров) специальными преобразователями будут круглосуточно превращать солнечное излучение в сантиметровые радиоволны, которые острым лучом перенесут электрическую энергию на Землю в антенну приёмного центра, выдающего в итоге стандартный переменный ток.

Ещё полвека назад московские физики для термоядерных экспериментов придумали установку с загадочным названием ТОКАМАК, от слов ТОроидальная КАмера, МАгнитная Катушка. В установке водородная плазма находится в большой, напоминающей бублик, камере, на неё надета катушка, выполняющая роль первичной обмотки трансформатора, и с её помощью по плазменному кольцу внутри камеры, как по вторичной обмотке трансформатора, идёт очень сильный ток. Он и нагревает плазму до необходимых термоядерных температур. А чтобы огненное кольцо плазмы не касалось стенок, его удерживают в центре камеры сильным магнитным полем, которое создаётся катушкой, навитой на «бублик». К сожалению, к этой красивой идее природа сделала своё дополнение: из-за каких-то поначалу непонятных хаотических процессов плазменное кольцо почти сразу же разрушается, и плазма падает на стенки, теряя температуру.