2000 №1

Человеческая цивилизация не может ни существовать, ни тем более развиваться без энергии. Сегодня основными ее источниками служат нефть, газ и уголь. По оценкам специалистов, запасы этих ископаемых на исходе, и уже наши внуки могут столкнуться с очень серьезной проблемой нехватки энергии. Поэтому исследователи всех развитых стран связывают надежды на преодоление грядущего энергетического кризиса с управляемой термоядерной реакцией. Такая реакция — синтез гелия из дейтерия и трития — миллионы лет протекает на Солнце, а в земных условиях ее вот уже пятьдесят лет пытаются осуществить в гигантских и очень дорогих лазерных установках, токамаках и стеллараторах. Однако есть и другие пути решения этой непростой задачи, и вместо огромных токамаков для осуществления термоядерного синтеза можно будет, вероятно, использовать довольно компактный и недорогой коллайдер — ускоритель на встречных пучках.

Кандидат технических наук Л. ЖИЛЯКОВ, Институт высоких температур РАН.

Проблема управляемого термоядерного синтеза — одна из важнейших задач, стоящих перед человечеством. По данным Мирового энергетического совета, разведанных запасов углеводородного топлива на Земле осталось на 50–80 лет. Единственный долгосрочный источник энергии — это ядерная энергия, которая выделяется в процессе деления или синтеза. Между тем эксплуатация атомных электростанций, работающих за счет деления ядер урана, приводит к серьезным экологическим проблемам. Процесс термоядерного синтеза в значительной степени свободен от недостатков, присущих процессу деления. В реакции синтеза не образуется долгоживущих радиоактивных изотопов, топливом для нее служат тяжелые изотопы водорода — дейтерий и тритий. В литре обычной воды содержится примерно 0,03 г дейтерия, но в процессе его реакции выделяется столько же энергии, сколько при сгорании 300 литров бензина! Запасов дейтерия на Земле хватит, чтобы обеспечивать человечество энергией около миллиарда лет. Немаловажно, что производство термоядерного топлива уже сегодня очень недорого: в нынешних условиях цена составила бы 1–2 копейки за киловатт электроэнергии и будет снижаться в дальнейшем.

Кольцевой зал ускорителя У-70 (Протвино). Справа примыкает канал ввода ионов (в данном случае — протонов, ионов водорода Н) первичного источника (синхротрона) в ускоритель. Ускоритель-коллайдер для термоядерного синтеза может иметь гораздо меньшие размеры.

Суммируя сказанное, можно сделать вывод: кто получит управляемую реакцию синтеза, тот практически полностью обеспечит себя энергией. И можно смело утверждать, что решение этой проблемы окупит все затраты.

С физической точки зрения задача формулируется несложно. Для осуществления самоподдерживающейся реакции ядерного синтеза необходимо и достаточно соблюсти два условия.

1. Энергия участвующих в реакции ядер должна составлять не менее 10 кэВ. Чтобы пошел ядерный синтез, участвующие в реакции ядра должны попасть в поле ядерных сил, радиус действия которых 10^-12—10^-13 с∙см. Однако атомные ядра обладают положительным электрическим зарядом, а одноименные заряды отталкиваются. На рубеже действия ядерных сил энергия кулоновского отталкивания составляет величину порядка 10 кэВ. Чтобы преодолеть этот барьер, ядра при столкновении должны иметь кинетическую энергию по крайней мере не меньше данной величины.