Мир на пике – Мир в пике

Причем если кто-либо думает, что путь прогресса от Т-3 до ITERа — это лишь вопрос нахождения молотка побольше и организации рабов на заливку бетонного основания токамака, то он глубоко ошибается.

ITER гораздо технологичнее самого последнего и самого большого современного токамака JET во столько же раз, во сколько раз и сам JET технологичнее старого, доброго, «лампового» Т-3.

Надо сказать, что даже ITER еще будет, несмотря на всю свою технологичность, всего лишь «наскоро сделанным на коленке» прототипом. Конечно, не на коленке, конечно не наскоро, но именно прототипом. Например, охлаждение первой стенки реактора в нем будет вестись с помощью обычной воды, в то время как в серийной термоядерной станции DEMO, строительство которой начнут сразу же после постройки и успешного пуска ITERа, первая стенка плазменной камеры будет охлаждаться уже жидким гелием. То есть ученые спешат. Ученые очень спешат, пытаясь сделать реакторы на термоядерной энергии, но это отнюдь не так просто, как это представляется многим.

Надо сказать, что и с Т-3 ситуация была тоже не в виде «сегодня решили, завтра построили». Первое постановление о начале работ по мирной термоядерной энергии подписал еще Иосиф Сталин в 1952 году. А рекордные 10 миллионов градусов температуры, которые удивили весь мир, советские ученые получили на токамаке Т-3 только в 1968 году.

И вот тут мы подходим к одному интересному моменту, который часто не осознается многими людьми, которые слышали о термоядерной энергии только в рамках школьного курса физики.

Поясню, в чем состоит тонкий момент термоядерной реакции, которую сейчас хотят запустить в экспериментальном реакторе ITER.

Как вы поняли, напрямую повторить реакции по слиянию ядер протия, которые идут в недрах нашего Солнца, или же сложный CNO-цикл, который тоже понемногу превращает «легкий» водород в гелий, в земных условиях невозможно. Хотя бы потому, что размеры реактора для таких циклов и реакций необходимы просто безумные — речь идет о том, что термоядерные реакции на легком водороде нуждаются в реакторе размером с наше Солнце.

Рис. 178. Схема CNO-цикл, который тоже греет наше Солнце вместе с вездесущим протием.

А в целом, если мы начнем в известном нам космосе искать варианты минимальных условий для создания самоподдерживающейся ядерной реакции на легких элементах (так, чтобы ничего не строить, а только смотреть на готовое, созданное самой природой), то мы упремся в такие необычные объекты, как коричневые карлики.

Коричневый карлик — это звездоподобный объект, размеры которого будут сравнимы с размерами нашего Юпитера, но масса будет уже в 10–30 раз больше, что позволит коричневому карлику ненадолго зажечь в своих недрах эрзац-реакцию на легких элементах.

По размеру небольшой коричневый карлик лишь немногим больше Юпитера. Основное его отличие — это плотность и масса. Большая масса коричневого карлика создает более сильное гравитационное поле, гравитация сжимает карлик, плотность и температура внутри него растут, и voila — в нем начинается термоядерная реакция.

Если красные карлики — это все еще полноценные звезды (хоть и очень маленькие), то коричневые карлики — это что-то среднее между планетами типа Юпитера и настоящими светилами. Из-за своей наружной температуры около 1200 К (900 °С) коричневые карлики светятся темно-вишневым светом. Самые яркие и самые массивные из них могут даже разгореться до темно-красного свечения, набрав на пике своей «мощности» температуру до 3000 К (или около 2700 °С).

Отличаются от настоящих звезд главной последовательности и реакции, которые идут в коричневых карликах. В нашем Солнце реакции «протий+протий» и CNO-цикл вносят где-то по 60 и 40 % в общее энерговыделение нашего светила. Но проблема в том, что реакция «протий+протий» стартует в звездах где-то от температуры в 4 млн К, а CNO-цикл и при того более высоких температурах — при 12 млн К.

Рис. 179. График, отражающий условия «запуска» реакций «протий+протий» и CNO-цикла.

При температурах же, характерных для коричневых карликов, ни реакцию «протий-протий» ни тем более CNO-цикл не зажечь. Совершенно так же невозможно для коричневого карлика зажечь и реакцию синтеза углерода из ядер гелия-4, которую предстоит пройти и нашему Солнцу где-то через 3,5 млрд лет, в момент его превращения в красный гигант. Для реакции синтеза гелия в углерод надо поднять температуру внутри звезды «всего лишь» до 100 миллионов градусов Кельвина, чем даже наше Солнце пока, к счастью, похвастаться не может. И слава Богу. Иначе бы граница Солнца начиналась бы где-то на орбите Марса. Отсюда промежуточный вывод — лучше пока подождать еще где-то 3,5 млрд лет.

Что же жгут в своих недрах коричневые карлики? Ведь их уже нашли больше трех десятков, в основном, по понятным причинам, у ближайших к нам звезд. А жечь протий или что-то другое у себя в недрах они физически не могут.