Skip to content Skip to footer

Управляемый термоядерный синтез – один из немногих случаев, когда целенаправленные, титанические усилия не увенчались успехом в намеченные сроки, и даже неоднократный перенос сроков делу не помог.

В пятидесятых годах прошлого века проблема управляемый термоядерный синтез представлялся сложной, но разрешимой. В шестидесятых появилась термоядерная бомба, что вроде бы свидетельствовало… И ни в семидесятые, ни в восьмидесятые учёные не сомневались, – промышленный синтез осуществим даже с использованием уже наличествующих технологий. Надо лишь понять, как их правильно применить.

В девяностых годах оптимизм, однако, увял. Настолько, что появились фрики с идеей «холодного синтеза». В момент, когда накопление научных знаний даёт возможность осознать истинны масштабы проблемы, люди таковых знаний не имеющие получают моральное преимущество.

А в чём проблема? В том, что одноимённые заряды отталкиваются, ядра сливаться не хотят, а значит, реакции синтеза отличаются высоким порогам? Да ни разу не в этом. Ускоритель позволяет так шмякнуть одном протоном о другой, что только кварк-гюонная плазма по стенам. Первая проблема в том, — она одинакова и у реального «горячего» синтеза, и у воображаемого «холодного», — что при слиянии двух протонов рождается дейтрон – состоящее из протона и нейтрона ядро тяжёлого водорода. Плюс позитрон и нейтрино. Причём, львиную долю энергии уносит нейтрино, – проходящее сквозь нашу планету, как свет сквозь стекло, и как следствие, малопригодное, для того чтобы кипятить на нём воду.

Таким образом, хотя водорода во Вселенной, действительно, много, пользы для народного хозяйства от этого никакой. Звёзды осуществляют Термоядерный синтез своими методами. В недрах Солнца протон-протонный синтез представляет собой лишь первый шаг водород-гелиевого цикла. Ведь, четыре ядра водорода сливаются в ядро гелия не разом, а в три приёма. Но для завершения цикла важно, чтобы промежуточные продукты синтеза – дейтерий и гелий-3 – не покидали зону реакции, и энергия, выделившаяся на предыдущем этапе, упрощала преодоление потенциального барьера реакции на следующем. Звёзды вполне способны это обеспечить. Водород в их ядрах находится в сверхтвёрдой и сверхплотной – «металлической» – форме. Рождающимся ядрам дейтерия и гелия-3 просто некуда деться от своей судьбы.

Но, допустим, мы сразу берём два ядра дейтерия, либо даже дейтерий и тритий. Продуктом слияния будет гелий-3 в первом случае и обычное ядро гелия во втором. Плюс нейтрон, который унесёт 80% выделившейся энергии. И если б только унёс! Беда в том, что при равной примерно народнохозяйственной ценностью с нейтрино, нейтрон ещё и на редкость зловреден. С электронными оболочками атомов нейтроны не взаимодействуют, что позволяет им преодолевать десятки метров бетона и свинца. Попадая же в атомное ядро, нейтрон или разрушает его, или поглощается им, образуя радиоактивный изотоп. В лучшем случае, после множества рикошетов нейтрон просто распадается, превращаясь в атом водорода. Образующиеся в материале пузырьки газа приводят к зримому раздутию, потере прочности, деформации и разрушению стальной детали. Персонал электростанции сможет укрыться от нейтронного излучения за блоками полиэтилена или бассейнами с водой, но защитить сам реактор от нейтронов не получится. Здравый смысл подсказывает, что энергетическая установка, расходующая 80% выделяющейся энергии на саморазрушение, прослужит недолго.

На последнем, третьем этапе водород-гелиевого цикла, впрочем, сливаются два ядра гелия-3 и каких-либо проблем с нейтронами не возникает. Продуктом реакции являются альфа-частица — ядро гелия-4 — и два протона. Казалось бы, вот!.. Тем более, что гелий-3 стабилен и встречается в природе… Но ближайшее место, где его можно добыть, это Луна. Ещё в 80-х годах прошлого века было подсчитано, что доставка гелия с Луны на Землю экономически оправдана. Для покрытия годичных потребностей человечества в энергии потребуется привезти всего 100 тонн этого газа. Другой вопрос, что добыча такого количества гелия-3 предполагает переработку миллиардов тонн реголита… Так что, пока, выгоднее всего производить гелий-3 искусственно. Из трития. А радиоактивный, имеющий период полураспада всего 12 лет тритий может быть получен только в ядерных реакторах по цене 30 миллионов долларов за килограмм. Так что, даже в случае удорожания «чёрного золота» до 1600 долларов за баррель, дейтерий-тритиевая энергетика не станет оправданной экономически. Ведь, для получения трития всё равно требуются ядерные реакторы, потребляющие уран, а значит, и электричество всегда будет дешевле вырабатывать на АЭС.

По разным причинам изотопы первых двух химических элементов оказываются бесполезными для энергетики будущего в любых комбинациях. Как и в случае создания водородной бомбы, исследователи убедились, что только на третий элемент периодической таблицы – литий – можно положиться. Он безопасен, не производит нейтроны при синтезе, и в отличие от реакторных изотопов водорода и гелия, ничего не стоит. Но порог реакции с участие лития слишком высок.

Создание энергетической установки работающей на литии возможно, тем не менее, уже в обозримой перспективе. Но тут уж полный рост встаёт вторая проблема термоядерного синтеза. Идей по поводу того, каким образом преобразовывать выделяющуюся в активной зоне энергию в электричество, в настоящий момент нет. Совсем нет. Выпущенные на волю силы микромира порождают слишком «жесткое» для использования в мирных целях излучение. Энергия выделяющаяся в термоядерных реакциях слишком велика, а значит, слишком велика будет скорость рождающихся в этих реакциях альфа-частиц.

Если, как это происходит в уже существующих электростанциях, химическое или ядерное пламя нагревает стенки котла с водой, давление пара будет вращать лопасти турбины. Но Термоядерный синтез порождает ядро гелия, которое не отскочит от стенки, передав её молекулам свой импульс, чтобы те смогли распределить его и перенести молекулам воды. Оно вонзится в преграду, обратив вещество в пар и образовав кратер. Любое вещество. Законы нашей вселенной не предполагают существование материалов, которые оказались бы не по зубам релятивистским альфа-частицам.

Новые публикации также можно увидеть на Дзен-канале

Подписаться
Уведомить о
guest
1 Комментарий
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Алексей
Алексей
1 месяц назад

Блестящая статья. Эталон, как на 1 странице можно изложить материал, что бы было технически грамотно, но при этом понятно и интересно обывателю.

Top.Mail.Ru