Ядерный синтез – это природный источник энергии. Энергия, которая питает всю Вселенную, от нашего Солнца до самых дальних звезд, высвобождается в процессе соединения ядер водорода, которые образуют гелий. Ядерный синтез к 2030 году может стать важным источником электроэнергии. В данной статье проф. Кокс в легкой и простой форме рассматривает разные способы создания ядерного синтеза, которые сегодня активно исследуют ведущие ученые и лаборатории разных стран в надежде завтра получить дешевую и возобновляемую энергию.

Брайан Кокс (Brian Cox)  – профессор физики в университете Манчестера («University of Manchester»: http://www.manchester.ac.uk/) и руководитель международной группы физики высоких энергий в ЦЕРНе («CERN»: http://public.web.cern.ch/public/ – Европейская организация по ядерным исследованиям, крупнейшая в мире лаборатория физики высоких энергий. Также иногда переводится как Европейский Центр ядерных исследований) не только известный и серьезный ученый, специализирующийся в вопросах физики элементарных частиц, но и превосходный популяризатор науки, любимый средствами массовой информации. Проф. Кокс получил множество наград за большие достижения в области популяризации науки, он известен как один из авторов и ведущих нескольких телевизионных программ, как частый лектор на радио, телевидении и на многих научных событиях, он хорошо известен своим участием во многих научно-популярных кино- и телефильмах. Его размышления (ну, разумеется, в доступном для нашего читателя виде) о, возможно, самом мощном и самом преспективном из так называемых «альтернативных» возобновляемых источников энергии мы приводим здесь.

Профессор Брайан Кокс

Поскольку водород является самым распространенным элементом во Вселенной, резонно задаться вопросом: а нельзя ли и нам покончить с энергетическим кризисом, построив на Земле собственные звезды. Небольшая сложность заключается в том, что звезды, как правило, очень большие и очень горячие. К примеру, Солнце в миллион раз больше Земли и сжигает 600 миллионов тонн водорода в секунду.

Температура в его центре составляет 15 миллионов градусов, но даже этого едва достаточно, чтобы заставить реакцию синтеза еле теплиться. Несмотря на все эти трудности, в английском графстве Оксфордшир вот уже три десятилетия работает реактор ядерного синтеза Jet (Joint European Torus).

Плазма в реакторе Jet удерживается мощным электромагнитным полем

Jet регулярно нагревает «коктейль» из дейтерия и трития до температур, превышающих 100 миллионов градусов, и запускает ядерный синтез, скорость которого значительно выше, чем в самом центре Солнца. Правда, Jet слишком мал, чтобы производить сколько-нибудь значительные объемы элекроэнергии, однако он послужил прототипом для куда более крупного реактора Iter с большим коммерческим потенциалом, который сейчас строится на юге Франции.

Принцип, который применяется в реакторах Jet и Iter, заключается в нагреве газа до таких температур, при которых атомное ядро теряет электроны, образующие трудноуправляемый субатомный суп, именуемый плазмой. Плазма удерживается в мощном магнитном поле, так, чтобы она не соприкасалась со стенками реактора. Если дейтериево-тритиевую плазму достаточно долго удерживать при высокой температуре и под большим давлением, природа сама сделает все остальное. В результате реакции получится гелий и много чистой энергии.

В Соединенных Штатах применяется другой подход. Там ставка сделана на так называемый инерционный синтез, которым занимаются на лазерной термоядерной установке (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса и Z-Машине в Национальной лаборатории Сандиа в Калифорнии.

Специалисты NIF намерены запустить реакцию синтеза к 2010 году (Национальная лаборатория им. Лоуренса в Ливерморе, США)

Если Iter больше напоминает обыкновенную электростанцию, на которой целыми днями и даже неделями жгут топливо, инерционный синтез по принципу скорее напоминает двигатель внутреннего сгорания. NIF облучает крошечные капсулы дейтериево-тритиевого топлива лазером мощностью 500 триллионов ватт. Для сравнения, это в тысячу раз больше, чем потребляют все Соединенные Штаты. Этот гигантский, но очень кратковременный лазерный импульс приводит к взрыву топливных капсул, в результате чего на доли секунды рождается мини-звезда.

Z-Машина действует иначе: она пропускает через паутину тончайших проводов, окружающих топливную капсулу, заряд мощностью в полтриллиона ватт. Далее происходит примерно то же самое, что и с лазером: в результате Z-удара получается звезда. Если ученым удастся создать постоянный поток мини-звезд, строительство электростанции не составит проблемы. В ходе испытаний на Z-Машине уже удалось запустить реакцию синтеза, а специалисты NIF рассчитывают сделать это к 2010 году. После этого останется лишь отработать технологию, чтобы в массовом порядке строить экономичные и надежные электростанции.

Z-Машина пропускает через паутину проводов полтриллиона ватт (Национальная лаборатория Sandia, США)

Конечно, это совсем не просто, но, вне всяких сомнений, возможно. Правда, когда заходит разговор о синтезе, часто можно услышать одну и ту же реплику: «Эта технология, про которую всегда говорят: "дайте еще 30 лет», так зачем же вкладывать в нее средства?" На самом деле инженеры уже сейчас говорят о строительстве последнего поколения экспериментальных реакторов.

Если все пойдет по плану, то Iter и ему подобные реакторы смогут вырабатывать электроэнергию в промышленном масштабе в начале 2030-х годов. Такое долгосрочное и, быть может, окончательное решение энергетического кризиса в большой степени зависит от значительных инвестиций, желательно таких же, или еще больших, чем сейчас.

Именно проблему инвестиций нужно решать сейчас, а не завтра. В будущем энергия будет вырабатываться только путем синтеза. Иначе мы просто не сможем получать многие триллионы ватт, необходимые для комфортной жизни всех жителей нашей планеты. С этим никто и не спорит. Таким образом, корректно ставить вопрос не «если», а «когда», и тут разговор о 30 годах никого не устраивает.

Каково же мнение нашего читателя?

Евгений Биргер