Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2014 № 05

Ученые бьются уже более полувека над тем, чтобы построить термоядерный реактор, но пока дальше экспериментальных установок не продвинулись. А потому, когда школьник объявил о намерении построить свой вариант термоядерного реактора, никто к этому не отнесся всерьез. Но парень настаивал на своем и сослался на 14-летнего школьника из США Тейлора Уилсона, который построил подобную установку в 2008 году в Неваде.

Специалисты ядерных центров и университетских кафедр Британии на идею Эдвардса не отреагировали, и местом для экспериментов стала школьная лаборатория. Здесь помощь в работе Джейми оказал завуч школы Джим Хуриган. Он же выделил на проект 2 000 фунтов (около 120 тысяч рублей) из школьного бюджета. Еще 1 000 фунтов школа зарезервировала на случай, если Эдвардс или другие ученики захотят продолжить эту работу, чтобы сделать производство энергии при помощи реактора более эффективным. «Я был несколько ошеломлен и, надо признаться, немного занервничал, когда Джейми предложил свою идею, но он убедил меня, что школа не взлетит на воздух», — сказал завуч Джим Хуриган.

Как и Уилсон, Эдвардс собрал устройство, известное в науке как фузор Фарнсуорта — Хирша. Он состоит из двух металлических сеток, расположенных в вакуумной камере. Термоядерное топливо в таком реакторе ионизируется напряжением между сетками. При этом положительно заряженные ионы ускоряются, и при их столкновении в центре камеры между ними может проходить реакция термоядерного синтеза.

Джеймс Эдвардсу созданной им установки.

Основными частями реактора являются вакуумные наносы, источник высокого напряжения, вакуумная камера и система, поставляющая дейтерий, который является топливом для термоядерной реакции.

Это устройство было сконструировано американским изобретателем Фило Т. Фарнсуортом еще в 50-е годы ХХ века. В отличие от многих систем для получения управляемой термоядерной реакции, которые медленно нагревают плазму в магнитной ловушке, в фузоре высокоэнергетические ионы напрямую впрыскиваются в область, где происходит термоядерная реакция. Это позволяет значительно уменьшить размеры и стоимость реактора. Для удержания же плазмы в фузоре используется электростатическая система.

Идея фузора в различных модификациях была использована еще в работах таких ученых, как Элмор, Тук и Уотсон, а также Милей. С 1994 по 2006 год и Роберт Бассард по контракту с ВМС США построил несколько моделей реакторов типа поливелл.

Поливелл (англ. Polywell) — устройство по удержанию плазмы. Термин получился из сочетания английского слова polyhedron (многогранник) и фразы potential well (потенциальная яма).

Состоит поливелл из электромагнитов, собранных в форме многогранника, внутри которого магнитные поля удерживают облако электронов. В середине устройства образуется отрицательный электростатический потенциал, используемый для ускорения и удержания ионов, участвующих в реакции.

В общем, оказалось, что термоядерный реактор — настолько простая вещь, что его может собрать студент-первокурсник или школьник. Именно так и сделал Крейг Уоллес — студент Университета штата Айдахо — в конце ХХ века. Узнав об опытах Фарнсуорта, студент решил создать и свой собственный реактор такого типа.

На университетской свалке Крейг нашел нейтронный детектор. Из нескольких сотен пустых жестянок он собрал нейтронный модулятор (замедлитель). На задворках соседней фабрики Deseret Industries отыскался сломанный турбомолекулярный насос, который Крейгу удалось починить.

Поскольку финансовое состояние семьи Уоллесов не позволяло студенту купить чистый дейтерий, ему пришлось приобрести за 20 долларов контейнер оксида дейтерия, также известного под названием «тяжелая вода». Затем Крейг нашел способ избавиться от нежелательного в данном случае кислорода — он пропустил тяжелую воду через раскаленные магниевые опилки.

В итоге 2 года ушло на поиск необходимых частей, еще 6 месяцев — на сборку. И вот устройство, оснащенное вакуумным насосом, оказалось на столе. Встроенная в аппарат камера показала на мониторе, что происходит внутри — было видно светящееся облако газа внутри металлической спирали.

В этом светящемся облаке ионы дейтерия (изотопа водорода с протоном и нейтроном в ядре, вместо одного протона, как у обычного водорода) сталкиваются и время от времени сливаются. При каждом таком слиянии происходит выделение нейтрона. Аппарат лишен какой-либо защитной оболочки, да в ней и нет необходимости: реактор выделяет 36 нейтронов в минуту. Радиация в салоне самолета на высоте 8 — 10 км намного выше.