Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Первые широко организованные поиски подходов к решению великой проблемы управляемого термоядерного синтеза были предприняты в начале 50-х годов в Советском Союзе, Англии и США примерно одновременно. После ряда предварительных изысканий стало ясно, что наука уже созрела для того, чтобы начать планомерное движение к заветной цели.

В 1955 году президент Академии наук СССР академик А. Н. Несмеянов говорил: «Настало время вместо использования жалких крох консервированной в том или ином виде на нашей планете колоссальной энергии Солнца создать свое солнце на Земле. Не правда ли, это звучит как фантазия? Но разве фантазия — электростанции, использующие ядерную энергию деления урана, двигатели на атомном горючем? Еще ближе мы подойдем к цели, когда сумеем получить управляемую термоядерную реакцию, подобную реакциям, идущим на Солнце. Тогда мы действительно создадим наше солнце на Земле».

А вот слова ведущего советского исследователя физики атомного ядра академика И. В. Курчатова, произнесенные с высокой трибуны XX съезда Коммунистической партии Советского Союза:

«Теоретические работы по атомной и ядерной физике открыли возможность искать новый путь использования атомной энергии в мирных целях, открыли возможность экспериментального развертывания работ по осуществлению управляемых термоядерных реакций — реакций синтеза, или слияния, что является важнейшей, генеральной задачей науки».

Итак, надо научиться возбуждать термоядерные процессы без атомной или какой угодно другой бомбы - в небольших, безопасных масштабах, с тем чтобы выделяющаяся гигантская энергия сделалась доступна контролю, регулированию и, стало быть, техническому, освоению.

Горючим могут служить те же изотопы водорода — дейтерий и тритий, ядра которых способны к знакомым нам реакциям:

Теперь об этом чудесном топливе стоит рассказать поподробнее.

Тяжелый водород содержится в естественном водороде в довольно значительном количестве— 15,6 килограмма на тонну. В довоенные годы разделение изотопов водорода считалось труднейшей задачей. И. В. Курчатов в одной из своих статей вспоминает, что в ту пору тяжелый водород для научных исследований удавалось добывать буквально граммами. Зато теперь получение дейтерия — дело не слишком сложное. Во всяком случае, оно неизмеримо проще разделения изотопов урана, о котором мы упоминали, обсуждая способы приготовления делящегося ядерного горючего. Ведь разница в весе атомов изотопов водорода весьма велика, а это влечет за собой и заметные различия их физических свойств. В результате тяжелая вода плотнее обычной, точка кипения ее 101,42 градуса Цельсия, а замерзает она при 3,802 градуса Цельсия.

Имеется несколько промышленных путей выделения тяжелой воды из обычной. Удобные методы предложены и для отделения дейтерия от водорода. В Институте физических проблем Академии наук СССР разработан метод разделения изотопов водорода при их глубоком охлаждении. Легкий водород и дейтерий становятся жидкими при разных температурах, и поэтому их отделяют друг от друга перегонкой. Стоимость дейтерия по энергетической ценности уже сейчас в сто раз меньше стоимости угля.

Несколько слов о наиболее эффективном горючем термоядерных реакторов будущего — тритии.

Как вы думаете, сколько его на земном шаре в естественных условиях?

Несколько сот граммов — всего-навсего.

Почему же?

Мы уже говорили, что тритий сильно радиоактивен. За каждые двенадцать лет его запас наполовину тает — распадается. А возобновляется он только за счет того, что атомные ядра азота воздуха то там, то здесь подвергаются бомбардировке нейтронами, появляющимися в космических лучах. Ядро азота, поглотив нейтрон, распадается на ядро углерода и ядро трития.

Сходным путем тритий изготовляют искусственно, но не из азота, а из щелочного металла лития. Об этом мы тоже упоминали.

Потоки нейтронов ядерного реактора направляют на стержни, сделанные из лития-6. Его атомные ядра жадно захватывают нейтроны и расщепляются на ядра трития и легкого гелия. В стержнях накапливается сверхтяжелый водород, который потом выделяют, погружая их в воду.

Особенно удобны для получения трития реакторы с расширенным воспроизводством ядерного горючего — те самые «волшебные печи», из которых вместе с «золой» извлекают новое топливо — плутоний или уран-233. Тритий, как видим, не так уж просто вырабатывать, и поэтому в наши дни он обходится в тысячи раз дороже, чем дейтерий. Но, когда появятся мирные термоядерные реакторы, тритий бесспорно станет гораздо дешевле и доступнее. Ведь при синтезе ядер изотопов водорода будут неизбежно освобождаться нейтроны, которые станут излучаться реактором. Эти нейтроны предложено «размножать» в таком материале, как, например, бериллий, свинец, висмут (атомное ядро таких элементов легко поглощает быстрый нейтрон, но тут же выпускает взамен два медленных нейтрона). Размноженные этим способом нейтроны можно затем использовать для получения трития из лития-6. Так, без всяких специальных реакторов будет осуществляться расширенное воспроизводство сверхтяжелого водорода — с помощью самой термоядерной установки его будут вырабатывать даже больше, чем «сгорит» в плазме. Тритий при этом сулит стать не таким уж дорогим горючим. Пока не исчерпаются на Земле запасы лития, тритий можно будет добывать в огромных количествах.