Ускорители элементарных частиц можно использовать в качестве генераторов энергии – к такому выводу пришел первый директор Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Фермилаба) Роберт Уилсон в 1976 году. Эта идея становится вновь актуальной с введением в строй ускорителей нового поколения.

Когда Уилсон писал свою статью, он работал над проектом протонного ускорителя Energy Doubler/Saver для Фермилаба, в котором элементарные частицы разгонялись при помощи сверхпроводящих магнитов. Суммарная энергия пучка протонов должна была достигать тысячи гигаэлектронвольт. Сверхпроводящие магниты вводились в конструкцию ускорителя впервые и позволяли заметно снизить энергопотребление всей установки.

Рис. 1. План-схема коллайдера лаборатории FermiLab.

Уилсон предложил схему, при помощи которой можно было бы еще и дополнительно получать энергию за счет работы ускорителя. Если разогнанные до околосветовых скоростей протоны «останавливать» путем впечатывания в урановую пластину, то в момент удара каждый протон спровоцирует реакцию, которая приведет к рождению около 60 тысяч нейтронов. Атомы урана поглотят большую часть этих нейтронов, и в итоге образуются ядра плутония (соответственно, их также будет около 60 тысяч). Из одного ядра плутония при его делении в ядерном реакторе можно получить около 0,2 гигаэлектронвольта энергии. Таким образом, из 60 тысяч ядер плутония возможно извлечь 12 тысяч гигаэлектронвольт энергии.

На практике количество энергии будет меньше из-за потерь на различных этапах процесса. Кроме того, из конечной суммы необходимо вычесть то количество энергии, которое необходимо затратить, например, на получение пучка протонов и охлаждение всей системы.

Рис. 2. План-схема коллайдера LHC.

В своей статье Уилсон отмечает, что предложенная им схема требует более детального изучения, однако, на взгляд физика, такой подход может в перспективе быть использован для получения энергии. Уилсон проводил расчеты для ускорителей своего времени, а их современные аналоги являются заметно менее энергозатратными, поэтому конечный выход энергии может быть намного выше.

Роберт Уилсон стоял во главе Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми с 1967 по 1978 годы. Благодаря Уилсону, который до этого принимал участие в «Манхэттенском проекте», строительство Фермилаба было завершено раньше запланированного срока. На территории лаборатории расположены несколько скульптур, выполненных физиком.

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам