Вам жить в XXI веке

В последние годы мы являемся свидетелями весьма бурного прогресса в решении проблемы лазерного термоядерного синтеза. В СССР, США, Франции, Японии и других странах введены в действие и строятся многоканальные лазерные комплексы с энергией излучения 10 4–10 5Дж. На этих установках уже зафиксированы плотности термоядерной плазмы 10–30 г/см 3, температуры в десятки миллионов градусов, а рекордное число образующихся нейтронов составляет 30 млрд. Сейчас задача состоят в том, чтобы достичь так называемого физического порога термоядерных реакций, то есть получить энергию, равную по величине энергии излучения лазера. Решение задачи означало бы возможность решающего перехода из области физических исследований в сферу инженерного конструирования. Для достижения этого порога выход нейтронов надо поднять до величины 10 16–10 17част. — имп. На первый взгляд может показаться, что мы еще очень далеки от цели. Однако физика термоядерного синтеза такова, что «дефицит» в 6–7 порядков по нейтронному выходу можно ликвидировать при увеличении массы, плотности и температуры мишени всего в несколько раз, для чего, как показывают расчеты, энергия падающего излучения должна быть многократно увеличена.

Лазерные «машины» с энергией 10 5Дж — это громадные, технически насыщенные сооружения, которые трудно сравнить с чем-либо. Однако они всего лишь инструменты для физических исследований. Основная проблема лазерного термоядерного синтеза заключается в настоящее время, с нашей точки зрения, в выборе типа лазера для демонстрационного эксперимента и разработки на этой основе коммерческой системы лазер — термоядерный реактор. Среди возможных вариантов рассматриваются мощные газовые лазеры на углекислом газе, так называемые эксимерные лазеры, например криптон-фторовый и некоторые другие. Параллельно разрабатываются проекты импульсных термоядерных реакторов — устройств, превращающих энергию термоядерного микровзрыва в удобный вид энергии, например в электричество.

Лазерный термоядерный реактор — это камера, стенки которой «собирают» энергию, полученную при микровзрыве, и преобразуют ее сначала в тепло, а затем в электричество. К сожалению, вряд ли кто возьмется сегодня назвать сроки практического использования результатов фундаментальных исследований. Однако существует весьма заманчивая возможность приблизить это время. Она связана с так называемыми гибридными реакторами, в которых одновременно используются реакции синтеза и деления.

Как работает такая установка? Сфокусированные на мишени лазерные пучки вызывают термоядерную вспышку. Возникает импульсный точечный источник нейтронов, поток которых обрушивается на урановую оболочку камеры. Под действием одного термоядерного нейтрона в естественном уране происходит одно деление и образуются три-четыре атома плутония. Накапливающийся со временем плутоний повышает размножающие свойства урановой оболочки так, что один нейтрон вызывает уже 10–20 делений при полной ядерной взрывобезопасности. При этом размеры взрывной камеры могут быть невелики — всего около метра. Весь цикл такого реактора — накопление плутония, достаточно полное (до 50 %) выжигание урана — удается провести примерно за 30 лет. Вследствие того, что плутоний вначале накапливается, а затем расходуется, удовлетворительные размножающие свойства поддерживаются в продолжение всего срока без извлечения тепловыделяющих элементов и иххимической переработки. Конечно, в гибридных реакторах утрачивается основное преимущество чисто термоядерных установок, однако намного проще решается проблема энергетического баланса. Вполне приемлемыми выглядят габариты станции, а ее строительство можно значительно ускорить по сравнению с чисто термоядерными. Гибридный реактор, занимающий промежуточное положение между стационарными ядерными реакторами и термоядерными системами, будет, подсей вероятности, первым этапом практического применения управляемого термоядерного синтеза.

Существуют и другие идеи, которые могут стать основой проектов импульсных термоядерных реактотывается ядерное топливо для атомных электростанций или химическое топливо, в частности, водород.

Преимущество термоядерной энергетики, основанной на лазерном синтезе, можно продемонстрировать на следующем примере. Обычная тепловая электростанция мощностью 1 млн. кВт потребляет в год 2,1 млн. т угля, атомная электростанция такой же мощности — 30 т урановой руды, а термоядерная электростанция — 600 кг термоядерного горючего.