Заглянем в будущее

Оказалось, что сечение реакции D + D в 100 раз меньше, чем реакции T + D, а следовательно, и константа К в 100 раз меньше для первой реакции, чем для второй, поэтому численное значение произведения Nτ для реакции дейтерия составит величину 10¹⁶, а для трития с дейтерием 10¹⁴. Таким образом, реакция трития может быть осуществлена значительно легче.

В настоящее время экспериментально достигнута величина Nτ = 10¹², но есть основания думать, что со временем можно будет достичь и 10¹⁴, что приведет к осуществлению реакции трития с дейтерием.

Однако сама по себе эта термоядерная реакция T + D обладает тремя недостатками. Первый из них связан с необходимостью использования Li⁶ в том же количестве, что и трития и дейтерия. Разведанные на сегодняшний день мировые запасы достаточно богатых литием руд (и минерализованных вод) очень невелики, особенно если вспомнить, что изотоп Li⁶ содержится в литии в количестве 7 процентов. Если положить термоядерную реакцию T + D в основу мировой энергетики, то запас Li⁶ в разведанных месторождениях будет целиком использован за сравнительно небольшой отрезок времени. Литий относится к очень рассеянным элементам, и хотя общее его содержание в земной коре достаточно велико, концентрация очень мала. Например, в гранитах он содержится всего в количествах ¹/₁₀₀₀-¹/_10 000 долей процента, поэтому разработка таких руд представляется малорентабельной.

Вторая, трудность состоит в том, что при работе с тритием очень сложно избежать его потерь и постепенного накопления в атмосфере. Между тем тритий радиоактивен. Поэтому применение реакции с ним требует полной гарантии радиоактивной безопасности, то есть извлечения трития из отходящих газов.

Конечно, и в реакции D + D в качестве промежуточного продукта появляется тритий, однако в условиях проведения этой реакции тритий будет практически мгновенно реагировать и полностью исчезать за счет реакции T + D.

Наконец, в-третьих, само извлечение трития из литиевой оболочки реактора довольно трудно будет технически совместить с использованием тепла для работы уже обычного котла электростанции. Заметим, что ⁷/₉ энергии термоядерной реакции T + D уносится в оболочку с быстрыми нейтронами, в самом же реакторе выделяется всего ²/₉ общей энергии.

Все эти недостатки термоядерной реакции трития, даже если она будет осуществлена, делают ее отнюдь не более перспективной, чем метод котлов-размножителей. Поэтому можно считать практическое осуществление реакции T + D лишь преддверием к решению проблемы на базе реакции D + D. Мы видели, что трудностей для осуществления этой реакции в сто раз больше, чем для реакции T + D. И все же нет оснований сомневаться, что человеческий гений добьется своего, быть может, ценой длительных усилий. Возможно, это случится через много десятков лет, но рано или поздно это произойдет.

С этой оптимистической точки зрения осуществление и техническое оформление котлов электростанций на реакции T + D представляются крайне важными для будущего осуществления реакции D + D.

Мне хотелось бы сказать еще несколько слов о перспективах получения термоядерной реакции D + D. За последние 20 лет все усилия были направлены по одному руслу. Не было принципиально новых идей. А между тем они, несомненно, должны появиться. С этой точки зрения следует обратить внимание на новую оригинальную идею, высказанную и проиллюстрированную академиком Басовым и некоторыми французскими учеными. Эта идея заключается в импульсном нагреве твердых соединений дейтерия или непосредственно замороженного дейтерия с помощью лазеров.

Басов направил узкий лазерный пучок на дейтерид лития. Лучшие результаты получались при очень коротких импульсах, когда образующаяся в результате нагрева лазерным пучком плазма не успевает еще расшириться. При этом был зарегистрирован небольшой выход нейтронов, что свидетельствовало о протекании, пусть еще очень слабой, термоядерной реакции. По новой идее плазма не требует никакой магнитной изоляции. Хотя в этих опытах τ очень мало, но зато концентрация ядер достаточно велика, поскольку плазма возникает в твердом теле.

Под пучок будет подводиться лишь очень малое количество вещества. Затем импульс лазера прерывается на короткое время, подводится новая малая порция вещества и т. д. Таким образом, установка будет работать подобно автомобильному двигателю, где топливо подается в цилиндры порциями.

Недавно группа американских физиков предложила другой, очень остроумный путь получения термоядерной энергии за счет энергии лазерных пучков. Пока опубликованы лишь расчеты, что же касается экспериментов, то неизвестно, проводились ли они. Идея заключается в следующем. На сферическую частицу из твердого дейтерия или дейтерия с тритием направляется сферически сходящийся световой поток. Он ионизирует поверхностный слой частиц и поглощается в нем. В результате этот поверхностный слой разлетается во все стороны и сообщает импульс отдачи оставшейся части частиц, сжимая их. Расчеты показывают, что при этом частица сжимается. Задавая определенным образом зависимость импульсной отдачи от времени (что достигается соответствующим программированием формы лазерного импульса), можно получить режим почти адиабатического сжатия частицы до плотности в 10⁴ раз больше первоначальной и достичь плотности атомов дейтерия до 10²⁷ атом/см³. Возникающая при этом высокая температура обеспечивает очень быстро протекающую термоядерную реакцию. По расчетам, 60 джоулей лазерной энергии могут привести к получению 2 мегаджоулей термоядерной энергии. Конечно, здесь, как и в случае, предложенном Басовым и французскими учеными, термоядерное горение будет происходить как последовательность быстро следующих друг за другом малых термоядерных взрывов, соответствующих превращению нескольких десятых микромолей дейтерия при нормальном давлении в гелий.

Если удастся решить проблему осуществления термоядерной реакции на одном дейтерии, то именно ее следует положить в основу мировой энергетики. Она имеет ряд бесспорных достоинств перед всеми другими путями энергетического обеспечения будущего человечества. Во-первых, ее сырьевые ресурсы безграничны и вместе с тем не требуют никаких горнорудных трудоемких работ. Этим сырьем является вода, в неограниченных количествах имеющаяся в океанах, которая содержит дейтерий в количестве ¹/₃₅₀ от веса водорода или ¹/₆₃₀₀ от веса воды. Учитывая, что один грамм дейтерия при термоядерной реакции выделяет тепло, эквивалентное сжиганию 10 тонн угля, запасы его в воде можно считать практически бесконечными. Дейтерий может быть извлечен из обычной воды уже разработанными методами. Для обеспечения энергии, равной теплоте сгорания всех ежегодно добываемых сейчас горючих ископаемых, потребуется извлечь дейтерий из воды, содержащейся в кубе со стороной 160 метров.

Вторым достоинством этой реакции является практическое отсутствие радиоактивных загрязнений. Образующиеся конечные продукты Не³ и Не⁴ безвредны.

Есть ли предел использования термоядерной энергии? Как это ни странно, такой предел существует, и он связан с перегревом поверхности Земли и атмосферы в результате выделения тепла в термоядерных реакторах. Можно подсчитать, что средняя температура земной суши и океана повысится на 7 градусов, когда тепло термоядерных реакторов составит 10 процентов от солнечной энергии, поглощаемой поверхностью Земли и океанов, а также нижними слоями атмосферы. Такое повышение средней температуры поверхности земного шара и океанов вызовет резкое изменение климата, а может быть, и создание условий для всемирного потопа за счет таяния льдов Антарктики и Гренландии. Поэтому вряд ли можно увеличивать добычу термоядерной энергии более чем до 5 процентов от солнечной энергии, что соответствует разогреву земной поверхности на 3,5 градуса. Однако представляет интерес получить более точные расчеты об опасности перегрева Земли.