Не исключено, что лазерный термояд будет покорен с белорусским участием
Если человечество не найдет принципиально новый источник энергии, который заменит иссякающее органическое топливо, то благополучное развитие цивилизации окажется под большим вопросом. По некоторым оценкам на поиски отпущено совсем ничего — около полусотни лет. Поэтому, при всем внимании и уважении к известным энергетическим альтернативам, развитые страны бросили огромные ресурсы на поиск основного топлива будущего. Судя по всему, им может быть дейтерий и тритий — изотопы водорода, запасы которых практически неиссякаемы. Первый в изобилии находится в водах Мирового океана, второй — относительно легко синтезируется из природного сырья. Самое главное при этом, что речь идет об экологически безупречной энергетике, так как «отходами» синтеза дейтерия и трития, кроме гамма-излучения, которое остается в пределах установки, должна быть чистая вода.
Дело за «малым»: как извлечь из этих изотопов энергию? Физически в общих чертах процесс понятен. Нужно преодолеть сопротивление электрических сил расталкивания и добиться слияния этих легких ядер в более тяжелые, то есть осуществить управляемый термоядерный синтез, при котором выход энергии будет больше, чем энергетические затраты. Для этого, как сегодня представляется, есть всего два способа.
Первый предполагает удержание и термоизоляцию высокотемпературной плазмы низкой плотности магнитным полем в течение сравнительно длительного времени. Это российская установка «Токамак» (тороидальная камера с магнитными катушками), предложенная еще в 50-х годах прошлого века, и ее зарубежные аналоги. Сегодня, после десятилетий трудных поисков, которые приблизили, но так и не привели к желаемому результату, эксперименты в этой области продолжаются, и исследователи не теряют надежды на успех.
Однако все больше сторонников приобретает второй способ — импульсный. При таком подходе необходимо быстро нагреть и сжать малые порции вещества до таких температур и плотностей, при которых термоядерные реакции успевали бы эффективно протекать за время существования ничем не удерживаемой плазмы. Источником, который способен подвести к поверхности мишени энергию с необходимой плотностью мощности и разогреть дейтерий и тритий до температуры порядка 100 миллионов градусов, то есть выше, чем в недрах звезд, может быть лазер. Вернее, очень много чрезвычайно мощных лазеров, порой около двух сотен, так как сжимать до сверхвысоких плотностей крохотные двухмиллиметровые сферические мишени, падающие в рабочую камеру каждые полсекунды, нужно одновременно со всех сторон.
Лазерный термоядерный синтез тоже родом из СССР. Его предложили в 60-е годы прошлого века российские академики Николай Басов и Олег Крохин. В России же построено и несколько исследовательских установок — «Кальмар» и «Дельфин» в Физическом институте имени П.Н. Лебедева Российской академии наук, «Искра-4» и «Искра-5» в Арзамасе-16, который носит теперь название Саров. В этом наукограде на территории одноименного технопарка сегодня строится самая крупная в этом ряду лазерная установка для термоядерного синтеза, высотой с десятиэтажный дом и длиной около 360 метров, не очень поэтично обозначаемая индексом УФЛ-2м. Мощность ее составит порядка 2,8 МДж, в то время как у действующих лучших зарубежных аналогов этот показатель не превышает 2 МДж.
Российская установка будет запущена на полную мощность к 2020 году. Но первыми к практической реализации подобного мегапроекта благодаря вложению огромных средств ближе всего продвинулись все же американцы. На создание своего Национального комплекса зажигания (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса у них ушло 12 лет и примерно 4 миллиарда долларов (стоимость саровской установки, к слову, оценивается примерно в 45 миллиардов российских рублей). Но к намеченному сроку — 30 сентября 2012 года, после проведения более чем тысячи экспериментов, термоядерную реакцию американская «зажигалка» так и не выдала. У Конгресса США даже возникли подозрения, что ученые ради чисто научного интереса попросту «разводят на деньги» госбюджет. Но исследователи так не считают. Они видят, что технологии, используемые ими (как, впрочем, и россиянами, и европейцами, и японцами, у которых реализуются подобные проекты), еще несовершенны.
Поэтому, несмотря на то что проект во многом секретный из-за своего двойного назначения (а подобные проекты у всех такие) и может быть использован, например, для исследования характеристик ядерных взрывных устройств без их испытаний, запрещенных условиями действующего моратория, американцы решили раскрыть карты, так как нуждаются в свежих идеях. С этой целью в Праге Американским обществом инженеров-механиков весной нынешнего года была организована международная научная конференция, основной темой которой стали термоядерный лазерный синтез и энергетика на его основе.
На этом представительном форуме, который оказался исключительно полезным для всех его участников, был представлен весь цвет современной ядерной физики и оптики. Были на нем и наши ученые — сотрудники Института физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси, который еще со времен Советского Союза известен в мире как один из ведущих центров в области нелинейной оптики, лазерной физики и создания лазерных установок. Из Праги они вернулись с надеждой.
— Дело в том, — поясняет директор Института физики НАН Беларуси доктор физико-математических наук Владимир Кабанов, — что мы увидели истинный уровень лазерных систем, используемых разными странами в установках термоядерного лазерного синтеза, и убедились, что их, действительно, можно и нужно совершенствовать и что наши разработки не уступают, а по некоторым параметрам и превосходят зарубежные. Да, мощности установок, с которыми мы ознакомились, можно искренне позавидовать. Но что касается качества выходного лазерного пучка, оптимизации параметров резонатора, затвора и активного элемента, то созданные у нас в институте твердотельные импульсные лазеры с диодной накачкой для спектрометрического анализа вещества, лидарной техники и газоанализа, систем инфракрасного видения, дальнометрии и целеуказания обладают очевидным преимуществом. К тому же при максимальной эффективности преобразования излучения накачки в излучение генерации они предельно компактны, исключительно надежны и долговечны. Реализовать эти новые принципиальные результаты в более крупных лазерных системах — дело важное и перспективное. Поэтому, зная, что у россиян импульсного лазера с требуемыми характеристиками для саровской установки еще нет, мы обратились с предложением о сотрудничестве и рассчитываем, что нам удастся внести свой вклад в этот проект. Как бы дело ни сложилось, мы готовы прийти в проект не «бедными родственниками», а с проверенными практикой хорошими наработками в руках, которые могут быть реализованы, в том числе при участии белорусских предприятий. В конечном счете, как мы надеемся, совместное создание первой действующей установки термоядерного лазерного синтеза обернется не только большой взаимной выгодой для стран Союзного государства, но и явится практическим примером серьезных партнерских отношений Беларуси и России.
