Проклятые вопросы

Главная забота современного человечества — поиски новых источников энергии.

Зажечь лазерным лучом земное солнце — неиссякаемый источник термоядерной энергии — эта мечта овладела учеными, когда лазер был еще немощен и мало изучен. И когда поиск путей к управлению термоядерной реакцией шел совсем по другому пути. Уже более четверти века передовые страны тратят большие средства на развитие исследований по магнитному удержанию термоядерной плазмы. Образцом для подражания служит Солнце, внутри которого скрыт практически неисчерпаемый источник энергии. Физики XX века пришли к выводу, что энергия, заставляющая светить Солнце и другие звезды, возникает в результате превращения водорода в гелий. Взрыв первой водородной бомбы подтвердил мощь этой реакции и возможность осуществления ее на Земле. Оставалось, казалось бы, немногое: найти средний путь между мгновенным взрывом, происходящим в бомбе, и медленным, но огромным по масштабам и неподвластным человеку процессом, протекающим в недрах звезд. Нужно было превратить термоядерный синтез в управляемую, контролируемую реакцию и использовать ее для мира, а не для войны.

Рассмотрим вместе с учеными эту возможность.

Для того чтобы два ядра тяжелого водорода — дейтерия могли слиться друг с другом, образуя ядро гелия и высвобождая порцию энергии, они должны столкнуться между собой с огромными скоростями. Только при этом могут быть преодолены силы взаимного отталкивания одноименных зарядов ядер. Силы, защищающие ядро от ему подобных, несравненно крепче лат средневековых рыцарей. Чтобы придать ядрам дейтерия нужную скорость, следует нагреть их до температуры в несколько десятков миллионов градусов. Но одного этого недостаточно. Чтобы реакция успела развиться в устойчивый процесс, такую температуру нужно поддерживать достаточно долго. Ведь ядра невозможно точно направить одно на другое с тем, чтобы они обязательно столкнулись между собой. Столкновение — дело случая. И чтобы такие случаи реализовались в достаточном количестве, нужно на некоторое время удержать раскаленный газ в ограниченном объеме, несмотря на огромные скорости образующих его частиц, заставляющие их рассеиваться в пространстве.

Попробуем на минуту представить себе, что происходит в глубине Солнца или солнцеподобного светила — механизм процесса при температуре в миллионы градусов. В таком пекле атомы не могут «выжить» и сохраниться в целом виде. Огромная температура разрывает их на части, отрывает электроны от ядер. Они движутся независимо и с большими скоростями. Но сила притяжения не дает им разлететься. В недрах звезд образуется особое, удивительное, состояние вещества — раскаленная плазма, больше всего напоминающая газ, а точнее, ту плазму, которая существует внутри трубок газосветных реклам или возникает в лампах-вспышках, применяемых фотографами, но несравненно более горячую и плотную. Разница лишь в температурах и давлениях. Здесь, в земных условиях, это тысячи градусов и доли или единицы атмосфер. Там — миллионы. Здесь далеко не все атомы разрушены, не все ядра оголены, не все электроны освобождены. Там — все.

Различен и состав вещества. Здесь, в лампах, — это инертные газы или их смесь. Там — преимущественно водород. Плазма, бурлящая в недрах звезд, состоит главным образом из протонов — ядер водорода с незначительной примесью ядер легких элементов и, конечно, электронов.

Внутри звезд протекают сложные ядерные реакции, в результате которых четыре протона объединяются между собой, образуя ядро атома гелия — альфа-частицу. При этом выделяется энергия, поддерживающая сияние звезд.

В каждом таком акте слияния испускается малая порция энергии. Но размеры звезд огромны, велика и энергия, выделяющаяся в течение миллиардов лет. На Земле невозможно воспроизвести точно условия, существующие в недрах звезд. Нужно добиться слияния протонов доступным путем. Чтобы это был не взрыв, а безопасный управляемый процесс.

Получение горячей плазмы в земных условиях — цель и надежда всей будущей энергетики. Казалось бы, все ясно: надо нагреть плазму и удержать ее частицы от разлетания. Но как нагреть и как удержать?

Первый обнадеживающий путь указал академик И. Е. Тамм: создать и нагреть плазму электрическим разрядом и удержать ее силой магнитных полей в особых «магнитных бутылях». По этому пути пошли многие ученые. Исследователи увлекались то одной, то другой конструкцией остроумных и, казалось, надежных устройств — как правило, это были громоздкие приборы, скованные массивными электромагнитами. Но наградой были лишь неудачи. Из этих «магнитных бутылей» плазма вытекала, словно молоко из дырявых пакетов. Рукотворное солнце не зажигалось… Этот путь дал лишь опыт, понимание трудностей задачи, но не практический результат.