Солнце зажгут с помощью лазеров

МОСКВА.
Буквально с разницей в один день – 31 марта и 1 апреля – произошли два
информационных события, внутренняя интрига между которыми еще ждет своего
летописца.
Сначала на заседании президиума Российской академии наук с докладом «Начало
практических работ по термоядерной энергетике» выступил академик, президент РНЦ
«Курчатовский институт» Евгений Велихов. Суть его выступления передаю по официальному
пресс-релизу РАН.
Сейчас во Франции, в местечке Кадараш, начинается строительство Международного
термоядерного экспериментального реактора (ITER). В основе проекта – термоядерная
установка ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками – тор, «бублик», внутри
которого парит в сильном магнитном поле плазменный шнур). Сам принцип удержания
миллионноградусного плазменного шнура в магнитном поле предложен еще в 50-х годах
прошлого века выдающимися советскими учеными, академиками Игорем Таммом и Андреем
Сахаровым. ITER – крупнейший международный научно-технический проект, инициатива
которого во многом принадлежит СССР (М.С.Горбачев, Е.П.Велихов – 1985 год). В настоящее
время участниками проекта ITER являются Европейский союз, Китай, Индия, Япония,
Республика Корея, Российская Федерация, Соединенные Штаты Америки. Вклад России в этот
проект – 9,09% стоимости сооружения ITER и реализуется в виде изготовления и поставки
уникального высокотехнологичного оборудования.
Как отметил при обсуждении доклада доктор физико-математических наук Сергей Мирнов, если
бы ITER работал стационарно, он за год выдавал бы 1 гигаватт электроэнергии плюс 2
гигаватта – за счет сгорания ядерного топлива. Это составляет половину мощности
Красноярской ГЭС.
Правда, пока говорить об этом можно только в сослагательном наклонении. Сейчас готова
площадка для ITER, строятся дорога и административные здания, создано и действует
Агентство ITER.
На следующий день, 1 апреля, из США пришло другое информационное сообщение.
В Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии закончено
строительство самого мощного в мире лазерного комплекса. Он получил название
«Национальная зажигательная установка» (US National Ignition Facility, NIF). Строительство
продолжалось 12 лет. На лазерный комплекс было потрачено 3,5 млрд. долл.
В основе NIF – 192 мощных лазера, которые будут одновременно направляться на
миллиметровую сферическую мишень (около 150 микрограммов термоядерного топлива –
смесь дейтерия и трития; в дальнейшем радиоактивный тритий можно будет заменить легким
изотопом гелия-3). Температура мишени достигнет в результате 100 млн. градусов, при этом
давление внутри шарика в 100 млрд. раз превысит давление земной атмосферы. То есть
условия в центре мишени будут сравнимы с условиями внутри Солнца. Возможно, ученым
удастся запустить термоядерную реакцию. (Этот способ так и называют: лазерный, или
импульсный, термояд.) Начало испытаний NIF намечено на июнь.
Таким образом, речь идет о начале качественно нового этапа принципиального, я бы даже
сказал – идеологического (в смысле научной идеологии), спора. Чей путь к управляемой
термоядерной реакции, а следовательно, к термоядерной энергетике, окажется короче и
эффективнее: токамаковский или импульсный, лазерный. До сих пор ученые могли приводить
лишь «точечные» экспериментальные данные и теоретические расчеты в пользу того или
другого варианта. Теперь, чуть больше чем через месяц, нас ждет начало полномасштабных
физических экспериментов. По крайней мере на одной из конкурирующих установок. Но,
повторю, чей путь приведет к «термоядерному раю», оценить пока трудно. Впрочем…
«Как раз это-то можно сделать, – подчеркнул в беседе с корреспондентом «НГ» доктор физикоматематических наук, профессор, главный научный сотрудник Физического института Академии
наук (ФИАН) Сергей Гуськов. – Американцы осуществили физический запуск установки. Еще в
конце января 2009 года появилась информация о том, что они поставили последний оптический
элемент в этой огромной установке – NIF.
Там этих оптических элементов – тысячи. Тем самым установка была сформирована
полностью. Ливерморская Лоуренсовская национальная лаборатория – это крупнейший
американский ядерный центр, военная лаборатория. Аналогия – наш ядерный центр в Сарове.
Они должны были сдать комиссии установку в марте этого года. Это и произошло».
Эксперты предсказывали, что «обжатие» лазерными пучками мишеней вызовет и микровзрывы
с энергией около 10 мегаджоулей (МДж). Плотность лазерного излучения достигает при этом
примерно 1015 ватт/см2. Энергия самого лазерного луча при этом составит около 1 МДж (см.
«НГ-энергию» от 12.08.06).
И вот американцы осуществили «выстрел» всеми элементами лазера на энергию 1,2 МДж.
«Это самый крупный лазер в мире, – поясняет Сергей Гуськов. – Общая площадь всего
лазерного комплекса равна трем футбольным полям. Лазер на 12 килоджоулей есть в Японии,
те же 12 килоджоулей – у нас в Сарове, установка ИСКРА. То есть разница – три порядка, в
тысячу раз. Но самое любопытное, что и лазерный термояд – это наше! Идея инерциального
термоядерного синтеза была сформулирована в 1962 году академиком Николаем
Геннадьевичем Басовым и, тогда еще не академиком, Олегом Николаевич Крохиным. Басов
выступал на сессии Академии наук СССР и определил лазерный термояд как одно из
направлений управляемого термоядерного синтеза. Было даже сформулировано, какая
мощность лазера должна быть…»
Надо заметить, что и в ФИАНе велись очень серьезные работы по лазерному термояду. Здесь
в 1968 году были выполнены первые эксперименты в этой области. Правда, тогда
использовалась не сферическая мишень, а плоская. «У нас были две отличные установки –
КАЛЬМАР (на энергию 100 Дж – для экспериментов), потом – ДЕЛЬФИН, на 3 кДж. У
американцев и японцев в то время было все то же самое», – рассказывает профессор Гуськов.
Можно, конечно, спорить: какой из термоядов – на основе ТОКАМАКов или лазерный –
красивее по физике процесса и проще по инженерно-технологической реализации. Но как бы
там ни было, пока к строительной площадке для ITER строится дорога, реактор NIF уже начнет
работать через месяц.
Не последнюю роль в такой развязке сыграло то обстоятельство, что магнитное удержание
плазменного шнура в тороидальной камере – это полностью гражданская программа. С
лазерным термоядерным синтезом – все по-другому.
«Если хотите, – это просто маленькая водородная бомба, – поясняет Сергей Гуськов. –
Сумеете равномерно обжать мишень со всех сторон лазерным излучением – и вы получаете
многие процессы, которые идут при термоядерном взрыве. Хотя по масштабу, конечно, это
значительно меньше. Но сам принцип – это одно и то же. Специалисты это сразу поняли: да,
есть гражданское применение – можно получить положительный выход энергии (вложили
столько-то, а получили в десятки раз больше); но есть и военное применение. И у нас, и у
американцев эти работы велись совсем в другом режиме».
По некоторым данным, намеченный на 2016 год физический пуск ITER может быть передвинут
на 2018-й. И это не связано с мировым экономическим кризисом. Проблема – в политике. В
этой программе изъявили желание участвовать 12 стран. Некоторые из этих государств – хотя
они и не готовы к этому – стремятся получить себе часть заказов на изготовление компонентов
для ITER. Это сулит научно-технические и технологические выгоды. Объединенная Европа
никого не может обидеть – ищется компромисс.
А в Ливерморской национальной лаборатории уже имеется готовая к физическому пуску
экспериментальная установка. «Могут быть трудности, – соглашается профессор Гуськов. –
Они могут отодвинуть пуск на год-два… Но я не верю, что до 2018 года американцы не
опередят европейцев с их ITER».
Вообще-то этот результат сам по себе не совсем тривиален. В последние годы общество уже
привыкло и принимает за данность, что современная Большая Наука – это дело больших
международных проектов и коллабораций. Большой адронный коллайдер (LHC) в Европейском
центре ядерных исследований в Женеве, пуск которого все откладывается и откладывается,
наиболее яркий пример в этом ряду. Но вот, оказывается, что национальные
исследовательские проекты и программы в каком-то смысле более эффективны.
– То есть американцы тут не блефуют: они действительно вполне способны запустить свой NIF,
как наметили, в июне? – интересуюсь я у Сергея Гуськова.
– Что вы, какой блеф! Все серьезно.
Источник: "Независимая газета"