Глава 26. Атомная энергетика

Одним из величайших открытий нашего века стала атомная энергия. К энергии, скрытой в запасах угля, нефти, природного газа, к энергии ветра, водопадов, морских приливов и тепла солнечных лучей, издавна эксплуатируемых человечеством, прибавилась энергия, скрытая в ядрах атомов урана, тория и плутония, этого нового ядерного горючего. Выяснилось, что запасы этой энергии на Земле намного превосходят все прежние энергетические ресурсы, что она легко превращается в тепловую и электрическую и что использование атомной энергии может ликвидировать многие трудности в удовлетворении из года в год увеличивающейся потребности человечества в энергии. Во многих странах возникла и начала быстро развиваться ядерная индустрия.

А. М. Кузин.

Когда миры соприкасаются

Задача создания комнатных «сверхвысокотемпературных» сверхпроводников в материаловедении тесно связана с еще не решенной задачей абсолютно безопасного развития атомной энергетики. Дело в том, что все современные атомные энергетические проекты так или иначе базируются на использовании циклопических сверхпроводящих установок, например электромагнитов, нужных для удержания высокотемпературной плазмы в зоне реакции так, чтобы она совершенно не касалась стенок реакторной камеры. Для поддержания в сверхпроводящем состоянии подобных гигантских конструкций требуются огромные объемы жидких газов, и даже перевод их на сравнительно дешевое азотное охлаждение не решает всех проблем. К тому же в термоядерных системах выработки и передачи электроэнергии будут крайне необходимы гигантские сверхпроводящие катушки, служащие накопителями электроэнергии.

Чудовищные экологические катастрофы с танкерами и нефтяными платформами, ужасный смог от угольных теплогенераторов, неполадки с ядерными реакторами на атомных электростанциях да и вообще катастрофическое истощение углеводородных ресурсов заставляет лихорадочно искать новые источники энергии для мировой экономики. К сожалению, ни солнечная, ни ветряная, ни тем более геотермальная и приливная энергетика не может удовлетворить спрос в энергоресурсах. Именно поэтому уже долгие годы самым перспективным направлением остается ядерный синтез. Но здесь пока еще непреодолимым камнем преткновения служит невозможность нагреть до нужной температуры и удержать в рабочей зоне реактора высокотемпературную плазму.

В свое время академик Б. Б. Кадомцев, крупнейший авторитет в атомной и ядерной физике, писал, что первые промышленные термоядерные электростанции, видимо, будут применять в качестве топлива смесь дейтерия с тритием. Что же касается использования только дейтерия, запасы которого в Мировом океане практически безграничны, то ученым еще предстоит решить проблему практической реализации этой идеи, и поэтому срок появления таких электростанций пока назвать затруднительно.

Современная атомная электростанция

Оценивая перспективы термоядерной энергетики, академик Велихов замечал, что, хотя в процессе работы термоядерного реактора первая стенка активируется нейтронами, выбор подходящих низкоактивируемых конструкционных материалов открывает принципиальную возможность создания термоядерного реактора, в котором наведенная активность первой стенки будет снижаться до полностью безопасного уровня за тридцать лет после остановки реактора. Это означает, что выработавший ресурс реактор нужно будет законсервировать всего на 30 лет, после чего материалы могут быть переработаны и использованы в новом реакторе синтеза. Эта ситуация принципиально отличается от реакторов деления, которые производят радиоактивные расходы, требующие переработки и хранения в течение десятков тысяч лет. Кроме низкой радиоактивности, термоядерная энергетика имеет огромные, практически неисчерпаемые запасы топлива и других необходимых материалов, достаточных для производства энергии в продолжение многих сотен, если не тысяч лет.

Именно поэтому первые сообщения о том, что открыт низкотемпературный аналог ядерного водородного синтеза, вызвали очень большой интерес даже у ученых, весьма далеких от ядерной физики. Увы, открытие уже вскоре получило самый страшный диагноз в науке, поскольку было признано «неповторяемым». Однако, в отличие от многих других сенсаций-пустышек, «холодный термояд» до сих пор продолжает будоражить околонаучные круги журналистов, время от времени выискивающих энтузиастов, разрабатывающих очередной тип «холодного» ядерного реактора. Эти непризнанные гении яростно убеждают репортеров, что в определенных условиях реакция термоядерного синтеза может протекать при комнатной температуре, а устройства, в которых это будет происходить, расположатся на обычном письменном столе! И абсолютно никакой радиации! Естественно, в подобную маниловщину настоящему ученому поверить просто невозможно, однако несколько лет назад некоторым вполне серьезным физикам-ядерщикам казалось, что в направлении поиска холодного термояда сделаны первые решительные шаги. Об этой сенсации писали газеты, взахлеб рассказывали радио- и телекомментаторы. Куда же исчез этот баснословный источник неограниченной и практически даровой энергии и почему мы продолжаем бездумно сжигать ограниченные запасы углеводородов, вместо того чтобы топить дешевой (сравнительно) тяжелой, или даже полутяжелой, водой «холодные» термоядерные печи?

В свое время химики из университета американского штата Юта, Стэнли Понс и Мартин Флейшман, наделали много шума в научной и околонаучной прессе. Они попытались использовать процесс электролиза с заменой подкисленной воды электролита на тяжелую – дейтериевую. Предполагалось, что при этом положительно заряженные ионы дейтерия – дейтроны, – бомбардируя поверхность электрода, будут проникать в его внутренние слои. В качестве электрода использовался палладий, также имплантированный атомами дейтерия.

Дейтроны, проникая в палладий, могли бы сблизиться с плотно заполняющими решетку атомами дейтерия на критическое расстояние для начала термоядерных реакций, сливаясь в тяжелый изотоп водорода – тритий – из протона и двух нейтронов или в ядро атома гелия. При этом, естественно, должна выделяться значительная энергия, которую будут уносить нейтроны и гамма-кванты, разогревая окружающую среду.

На сегодняшний день предложено много гипотетических схем «холодного термояда», но ни одна из них и близко не напоминает классическую схему слияния дейтерия и трития. Так, предполагается наличие в природе неких быстротекущих каталитических процессов, порождаемых некими гипотетическими, отрицательно заряженными частицами, которые фантастическим образом «прилипают» к дейтрону, нейтрализуют его положительный заряд и резко уменьшают силы кулоновского расталкивания. Далее, продолжается научное фантазирование, после слияния ядер мистическая частица «отцепляется», прилипает к следующему дейтрону.

К глубокому сожалению, это эпохальное открытие не состоялось, поскольку многочисленные лабораторные проверки не подтвердили наблюдений Понса и Флейшмана. Судя по всему, их данные были явно ошибочными, причем иногда просматривался и пристрастный отбор авторами «изобретения» своих результатов.

Окончательный итог истории с «холодным термоядом» подвели несколько престижных международных конференций, фактически посвященных полному и окончательному закрытию данного сенсационного вопроса. На них рассказывалось, что «цена вопроса» превысила многие десятки миллионов долларов и наиболее обстоятельные и надежные данные при таких затратах совершенно не вызывают сомнения. В нескольких сериях очень тщательно проведенных экспериментов было наглядно доказано, что выводы Понса и Флейшмана о выделении энергии на их установке «холодного термояда» глубоко ошибочны. Тут надо сказать, что любой более или менее грамотный физик сразу бы заметил: в обычных (по-научному «нормальных») условиях соединить атомные ядра просто невозможно, ведь они имеют одноименный положительный электрический заряд и по школьному закону Кулона отталкиваются друг от друга с чудовищной силой.

Нерешенная задача науки воплощения «холодного термояда» предполагает три подхода: значительная часть ученых убеждена в том, что такого процесса в природе просто нет – мы, мол, неверно интерпретируем наблюдения, только и всего. Однако голословное отрицание – не лучший способ ведения научных дискуссий. Когда речь идет о новом явлении, нужно быть весьма осмотрительным и всецело полагаться на мнение настоящих ученых – специалистов в области атомной и ядерной физики.