На этой неделе ученые Ливерморской национальной лаборатории США заявили о научном прорыве: в ходе реакции термоядерного синтеза им впервые удалось получить больше энергии, чем потребовалось на запуск реакции. Это первый подобный случай в истории термоядерной физики. Ученые по всему миру десятилетиями корпели над этой задачей. Физики из Калифорнии — первые, кому удалось добиться успеха. Авторы эксперимента называют это событие историческим и говорят, что оно сделало получение «чистой» энергии на шаг ближе.
«Голос Америки» поговорил с физиком, почетным профессором Мэрилендского университета Роальдом Сагдеевым о значении эксперимента.
Роальд Зиннурович, ученые Ливерморской лаборатории называют свое достижение историческим. Насколько это действительно так?
В начале декабря группе физиков Ливерморской национальной лаборатории США на совершенно уникальной лазерной установке, с помощью которой нагревают плазму и зажигают термоядерную реакцию, удалось сообщить большое количество энергии очень маленькой капсуле. Внутри находилась термоядерная горючая смесь ядер тяжелого водорода дейтерия и сверхтяжелого трития. Была достигнута температура свыше ста миллионов градусов на очень короткое время — примерно на несколько миллиардных долей секунды. И этого хватило для того, чтобы произошла термоядерная реакция. Это реакция синтеза, когда слияние ядер дейтерия и трития, сверхтяжелого водорода, приводит к образованию ядер гелия с выделением большой доли энергии.
Задача состояла в том, чтобы сфокусировать все 192 лазерных луча, синхронизировать их одновременную работу с точностью менее миллиардной доли секунды, зажечь эту плазму и получить выход энергии. И впервые в истории в такого рода эксперименте выход тепловой энергии превысил ту энергию, которую лазеры вложили в нагрев небольшой капсулы. Вот в этом состоит достижение. Я думаю, что сегодня это действительно рекорд, и он будет долго удерживаться как рекорд.
Этот рекорд приблизил человечество к использованию мирной термоядерной реакции?
Я думаю, что роль этого достижения носит, пожалуй, больше моральный характер, придает дополнительное чувство оптимизма огромной армии ученых, инженеров и специалистов, работающих в этой области. Только на сжатие плазмы и ее нагрев потребовалось несколько десятилетий. Несмотря на такой исторический рекорд, остается огромное количество чисто инженерных и коммерческих задач для того, чтобы построить практически полезный термоядерный реактор. Я думаю, что это займет десятилетия кропотливой работы большого коллектива ученых, инженеров, промышленности.
Установка, на которой эта работа была проведена, — это крупнейшее создание научно-технической общественности, коллектива Ливерморской лаборатории. Но этому предшествовало полдюжины установок, которые постепенно приближали вот это событие. Надо сказать, что в свое время и в Советском Союзе велись активные работы на эти темы. Можно вспомнить двух нобелевских лауреатов, академиков Прохорова и Басова, которые заложили основы физики лазеров вместе с выдающимся американским ученым, их коллегой по Нобелевской премии, Чарльзом Таунсом, который работал практически в соседнем кампусе с Ливерморской лабораторией — в Калифорнийском университете в Беркли.
Да и сейчас Россия участвует в создании во Франции огромной термоядерной установки ITER.
Российские ученые участвуют в альтернативном варианте создания термоядерного реактора на основе системы «Токамак», предложенной академиками Андреем Сахаровым и Игорем Таммом. Это большая международная работа.
Но она действует по другому принципу, не так, как установка в лаборатории Ливермора?
Установка во Франции основана на том принципе, что плазма не только нагревается, но и ставится в такие условия, когда она в течение более длительного времени может удерживать высокую температуру с помощью так называемой магнитной термоизоляции.
Можно ли предположить, что теперь ученые начнут больше работать с лазерными установками, как в Ливерморе?
Я думаю, что вряд ли произойдет существенный крен в пользу лазерных систем нагрева плазмы. Здесь может оказаться гораздо больше технических инженерных проблем. Каждый импульс, при котором были достигнуты рекордные значения температуры плазмы и выхода энергии при термоядерной реакции, соответствовал взрывному эквиваленту около 1 кг тринитротолуола.
Понимаете, один импульс — и вот вещество, нагретое до сверхвысоких температур, разлетается и вносит на стенки этой камеры энергию примерно килограммового взрыва. Это такая небольшая бомба уже мощностью более, чем граната, в несколько раз. Для того, чтобы система была экономически рентабельной, надо, чтобы эти взрывы чередовались с промежутком порядка 1 секунды. Тогда это будет эквивалентно работе типичной современной электростанции мощностью в 1 гигаватт.
Но как сделать так, чтобы после каждого такого взрыва можно было быстро запустить новую капсулу, а перед этим ликвидировать последствия предыдущего взрыва? И вот это должно работать, как тактовая машина: раз в секунду — взрыв. Это очень трудно себе представить на уровне даже той высочайшей техники, которая использовалась в Ливерморской лаборатории.
Понятно, что для ученых это событие огромной важности. Но что касается обычных людей, как и когда это научное достижение начнет влиять на нашу жизнь? Можно ли ожидать этого в ближайшие десятилетия?
Хотелось бы, чтобы вот этот источник практически неисчерпаемой термоядерной энергии мог прийти на службу энергетике человечества как можно раньше. Особенно в тот период, когда мы пытаемся перевести всю энергетику на зеленые рельсы, чтобы победить глобальное потепление или как-то ограничить его. Для этого было бы желательно создать такой источник в течение двадцати, максимум тридцати лет. Многие знают, что 2050 год считается критическим для подведения баланса того, как мы боролись с глобальным потеплением. Но может потребоваться существенно больше, чем 20–30 лет.
Как конкретно можно использовать в энергетике термоядерный синтез?
Если создать постоянно работающий источник, в котором выделение энергии за счет термоядерного синтеза превысит вложение в нагрев плазмы, эту систему можно конвертировать в нечто подобное гигантской электростанции. И можно было бы представить, что такие термоядерные электрические комплексы будут построены на разных континентах, вблизи многомиллионных мегаполисов. Конечно, мечтают ученые о том, чтобы можно было в более компактном виде вот такой источник энергии использовать и для межпланетных перелетов, но это уже дело научной фантастики — пока что.
читайте также: В США совершен прорыв в термоядерной энергетике