Наше время иногда называют атомным веком. И все же атомный век вряд ли будет веком. Не «дожив» до ста лет, он уступит место новой эпохе - эпохе использования термоядерной энергии.

В противоположность существующим атомным электростанциям, где используется процесс деления ядер тяжелых элементов, термоядерная электростанция будет давать энергию за счет соединения, синтеза самого легкого элемента - водорода - в более тяжелый - гелий. Именно этот процесс происходит при взрыве водородной бомбы. В электростанции термоядерный взрыв огромной разрушительной силы должен быть заменен спокойным, управляемым процессом «пережигания» водорода в гелий, подобным процессам, происходящим на солнце.

Как же происходит такое «пережигание»!

Водород встречается в природе в трех «лицах»: помимо водорода с атомным весом, равным единице, существуют еще два его изотопа: дейтерий и тритий. Первый из них вдвое, а второй втрое тяжелее обычного водорода.

При определенных условиях два атомных ядра дейтерия, соединяясь друг с другом, «рождают» один из изотопов гелия и тритий. Гелий образуется и при соединении ядер дейтерия и трития. Эти реакции сопровождаются выделением огромного количества энергии.

Процесс синтеза происходит при температуре, измеряемой сотнями миллионов градусов. Ясно, что создать такую температуру и удержать ее более или менее длительное время - задача чрезвычайно трудная. Прежде всего встает вопрос: где должна протекать реакция, какой должна быть термоядерная «печь»?

Ясно, что сделать ее стенки из какого - либо твердого материала нельзя: они мгновенно превратятся в пар. Поэтому наша «печь» будет иметь невидимые, но очень прочные «стены» - электромагнитные поля.

Надо сказать, что термоядерное «горючее» - разогретые до колоссальной температуры ядра изотопов водорода - представляет собой особое состояние вещества, называемое плазмой. Плазма состоит из заряженных частиц. Поэтому электромагнитная стенка - труднопреодолимая для нее преграда.

Итак, теоретическая возможность создания термоядерной «печи» найдена. Но как осуществить эту задачу технически? Схематично термоядерная установка - это труба, заполненная дейтерием. Пропуская через трубу электрический разряд, мы раскаляем дейтерий до состояния горячей плазмы и сжимаем ее электромагнитным полем в тонкий плотный «шнур».

Сегодня работы физиков идут в основном в двух направлениях. Первое направление - создать условия, необходимые для того, чтобы процесс синтеза шел возможно более длительное время. Второе направление - получение сверхвысоких температур на короткое время.

При упоминании о длительном процессе вы представили себе, наверное, часы или уж, во всяком случае, минуты непрерывной работы. На самом деле сегодня длительным процессом физики считают процесс, продолжительность которого измеряется сотыми долями секунды. Как вы сами понимаете, нельзя представить себе термоядерную электростанцию, которая работала бы доли секунды. Практический интерес, конечно, может представлять лишь электростанция, работающая непрерывно в течение месяцев, дней или хотя бы часов. Поэтому задача в том, чтобы найти способ часто повторять период реакции синтеза.

Второе направление работ носит скорее вспомогательное, чем самостоятельное значение. Ведь получить огромные температуры даже на ничтожные доли секунды очень интересно. Что произойдет? Как будет вести себя плазма? Теоретические предположения ученых на этот счет надо проверить на опыте. Кроме того, возможно, что быстро нагретую до высокой температуры плазму удается впустить в объем, где происходит длительная реакция.

В Советском Союзе, как известно, построено несколько экспериментальных установок для исследования термоядерных процессов. Одну из новых систем назвали «токомаг». Не правда ли, это звучит совсем как в фантастическом романе? Но фантастического тут ничего нет: «токомаг» - установка, использующая комбинацию тока и магнитного поля.

Почему же не дала еще ток термоядерная электростанция!

Чтобы ответить на этот вопрос, надо написать не журнальную статью, а, пожалуй, книгу.

Работу тормозят подчас совершенно неожиданные вещи. Например, в тех установках, где происходит нагрев током, малейшая, казалось бы, незаметная грязь вызывает затруднения.

Но это только одна и, наверное, не главная проблема из многих и многих других, которые стоят сейчас перед физиками. Тут и получение сверхвысокого вакуума, и, значит, улучшение системы откачки, и конструирование специальных ловушек, способных «поймать» посторонние атомы внутри установки, например атомы углерода, очень мешающие экспериментаторам. Тут и разработка системы непрерывного подогрева стенок и другие «мелочи», отнимающие месяцы и годы напряженной «черновой» работы. А без нее движение вперед немыслимо.

Как обстоит дело с теорией этих процессов!

Думая об этих проблемах, можно вспомнить гидродинамику - науку, изучающую законы движения жидкостей. Десятки лет назад движение жидкостей и газов ученые пытались рассчитывать, пользуясь теориями так называемой идеальной жидкости, лишенной вязкости. Труды Н. Е. Жуковского и других ученых, исследовавших движение реальных жидкостей и газов, показали, что на самом деле все явления, происходящие в них, значительно сложнее, чем описывала их «идеальная» гидродинамика.

Подобный же путь развития еще предстоит теории равновесия и движения плазмы. Вы понимаете, что эксперименты с водопроводной водой делать легче, чем работать с плазмой, которую никто никогда, образно говоря, не держал в руках. Разобраться же со многими возникшими сейчас вопросами чисто теоретически очень трудно, если не невозможно. Поэтому сегодня эксперимент - основа успеха.

• Страницы:
• 1
• 2
• следующая

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.