Энергия будущего

Вернемся в нашем повествовании на шаг назад. Мы еще почти ничего не говорили о том, как выглядит самое термоядерное топливо: шарик-мишень. Если бы удалось осуществить режим сверхсжатия вещества согласно предложению американских физиков, то для шарика годилась бы однородная смесь дейтерия и трития.

Но предложенный режим требует очень резкого изменения во времени мощности лазерного импульса, Примерно за 10^-8 секунды она должна возрасти в миллион раз. При этом половина всей энергии импульса должна выделиться всего за 10^-11 секунды. Задача эта чрезвычайно трудная.

Так как же работает лазерный реактор?

Проследим за протекающими в нем потоками энергии. Для этого введем в лазерную систему 1 киловаттчас электроэнергии, девять десятых которой потеряется при накачке лазера и в процессе его вспышки. В импульсе полетит сгусток энергии всего в 0,1 киловатт-часа. На этом потери не кончаются. Около 90 процентов от 0,1 киловатт-часа рассеется на шарике-мишени и потеряется по пути к нему. Значит, на разогрев и сжатие шарика пойдет только 0,01 киловатт-часа.

Но дальше нас ожидает награда за ранее понесенные потери. За счет термоядерного синтеза выделятся 10 киловатт-часов. Преобразуя эту тепловую энергию в электрическую, мы получим 4 киловатт-часа. Отдав из них 1 киловатт-час на новую вспышку лазера, мы получим 3 киловатт-часа полезной электроэнергии.

Если ежесекундно проводить около ста таких вспышек, то мы получим термоядерную электростанцию с лазерным реактором мощностью в миллион киловатт!

Нет легких побед

По сравнению с термоядерным реактором с магнитным удержанием плазмы лазерный реактор имеет ряд неоспоримых преимуществ. Послушаем, что о них говорят энтузиасты этого направления.

В отличие от «баранки» Токамака лазерный реактор имеет простую сферическую геометрию, что важно при его эксплуатации и замене оборудования.

Отказ от магнитного удержания плазмы уменьшает затраты на его изготовление и весьма упрощает конструкцию реактора.

Вакуум, необходимый для процесса, может быть вполне умеренным.

В лазерном реакторе легко контролируется средняя выходная мощность.

Различные компоненты всей установки могут быть сконструированы и испытаны независимо от самого реактора.

Это говорит о том, что лазеры и система ввода шариков могут быть разработаны отдельно, а осуществимость самой реакции проверена с помощью одиночных вспышек в реакторе малой мощности.

Лазерные термоядерные установки — многообещающий источник энергии реактивных двигателей космических кораблей.

В будущем при повышении энергии лазеров можно надеяться на осуществление реакции дейтерий — дейтерий.

Тогда отпадет необходимость в тритии.

А где-то в очень далекой перспективе мыслится и такое завлекательное топливо, как бороводород, которое при сгорании дает только три атома гелия при полном отсутствии нейтронов. Правда, переход к такому горючему станет возможным только при повышении лазерного импульса в 100 раз по сравнению с еще недостигнутой величиной, которая нужна для реакции дейтерия с тритием.

Однако пора, по-видимому, прервать перечисление достоинств лазерного термоядерного синтеза, чтобы не впасть в сверхоптимистическое состояние. Настал момент вспомнить о том, что пока еще лазерный термоядерный синтез находится в самом начале развития и проблем, которые нужно решать, не меньше, чем уже решенных.

К сожалению, сейчас нет таких лазерных установок, которые удовлетворяли бы всем необходимым условиям.

Мала энергия импульса. Используемые при экспериментах лазеры с неодимовым стеклом имеют очень низкий коэффициент полезного действия, всего около 0,3 процента, а нужно 10–15. Предельная частота импульсов таких лазеров всего один в секунду, а нужно 10, еще лучше 100.

Лучшими характеристиками будут обладать лазеры с углекислым газом.

У них более высокая эффективность работы, и они чаще могут создавать импульсы. Однако не подходят их слишком длинные волны, из-за чего возникают значительные трудности при разработке оптических элементов и фокусировке.

Как и в любом другом усилителе, на выходе лазера всегда присутствуют шумы — излучение из-за самопроизвольного высвечивания атомов. Пока нет основного импульса, это излучение в течение одной десятой или сотой доли секунды действует на шарик-мишень. Чтобы под действием этого «фона» он не испарился, не дождавшись основного импульса, нужно, чтобы величина фона была слабее импульса в сотни миллиардов раз (!).

Еще неясно, каким путем достичь такой контрастности фона и основного импульса. А ведь нужно еще бороться с отраженным лучом лазера, с неоднородностью освещенности и обеспечивать синхронность импульсов всех каналов.

Обратимся теперь к камере реактора, на корпус которой при микровзрыве мишени обрушивается поток рентгеновского излучения, нейтронов и горячей плазмы.

Давление взрыва, эквивалентного энергии одного килограмма тринитротолуола, при радиусе камеры в полметра составляет около 100 атмосфер. Это, кажется, не очень страшно — ведь можно увеличить ее размер.