Энергия будущего
Шрифт:
Сначала о небольшом парадоксе: физическая модель ядерного реактора деления, продемонстрировавшая возможность осуществления цепной реакции, была создана за несколько лет до первой атомной бомбы, а еще через восемь лет под Москвой заработал первый опытный реактор, вырабатывающий электроэнергию.
В термоядерном синтезе все наоборот. Сначала термоядерная бомба, а потом... "Потом", к сожалению, не наступило, хотя со времени взрыва первого термоядерного устройства прошло почти три десятилетия.
Пока нет даже лабораторной модели, которая продемонстрировала бы осуществимость управляемого термоядерного
Вопрос - нужно ли сейчас интенсивно работать над термоядерной энергетикой, вкладывая в ее развитие большие средства, - совсем не праздный. Это серьезная научно-техническая проблема, связанная с планированием развития производственного потенциала общества.
Многие мои коллеги обсуждали и сейчас активно ее обсуждают. Не всегда удается прийти к единой точке зрения. Ведь в технике (а это относится и к термоядерной энергетике) действительно очень важно правильно оценить своевременность того или иного изобретения, установить необходимость развития работ и планирования затрат на его осуществление. Нужно ли вкладывать средства сейчас или подождать еще 20-30 лет, когда у общества появятся большие возможности и большие потребности?
В истории развития техники сколько угодно примеров слишком раннего появления изобретений. Вспомним один из наиболее разительных. Паровая машина и паровая турбина вошли в жизнь в XVIII веке, а их прообраз был создан и продемонстрирован римским математиком Героном еще в начале нашей эры. Его турбина - металлический шар - вращалась в опорах за счет реактивных сил пара, выбрасываемого из трубок, впаянных в шар. Полторы тысячи лет слишком большой срок!
Не ожидает ли то же самое термоядерную энергетику?
Нет, причина ее относительно медленного развития вовсе не в том, что для нее еще не пришло время. Энергетика нуждается в системах и установках, надежно обеспеченных топливом. Она ждет их сейчас и тем более через 20-30 лет. Нужны и новые, более совершенные и мощные источники энергии. Так, может быть, мощность будущих реакторов термоядерного синтеза слишком велика? Называют, например, мощность одного реактора для выработки электроэнергии, равную 5 миллионам киловатт! Много ли это? Да, по сегодняшним масштабам это много и сравнимо с мощностью отдельных энергосистем даже в СССР. Но лет через 20-30 она уже будет впору.
Еще одно важное и необходимое качество энергетических установок - их экономичность. По сегодняшним меркам тот термоядерный реактор, каким его сегодня представляют себе инженеры и проектанты, дороговат и убыточен. Но ведь это совсем не означает, что он не окажется выгодным через несколько десятилетий!
Не всегда в технике должно приниматься на вооружение только то, что дешево сейчас. Академик Н. Жаворонков приводил занятный пример. В 20-х годах на одном солидном ученом совещании обсуждался такой вопрос: стоит ли использовать для перевозок грузов автомобильный транспорт? Выступавшие отмечали большую грузоподъемность и скорость автомобилей, восхищались их комфортабельностью. Вывод же, сделанный совещанием, был по теперешним меркам анекдотичным: "Автомобиль
Но вернемся к вопросу, который мы поставили раньше. Почему через три десятилетия после взрыва термоядерного устройства еще нет установок, в которых можно получать энергию за счет управляемого термоядерного синтеза?
Конечно, известную роль в темпах исследований могли сыграть и причины, о которых мы только что говорили выше. Но основными среди них следует признать значительные теоретические и технические трудности, которые встали перед теоретиками, экспериментаторами и инженерами на пути овладения термоядерной энергией. Преодоление этих трудностей и последующее широкое внедрение термоядерных реакторов в энергетику потребовало и еще потребует несколько десятилетий.
Американский ученый-химик Айзек Азимов, больше известный у нас как писатель-фантаст, на основании проведенного им самим анализа внедрения в промышленность ряда крупных изобретений пришел к выводу, что период времени от рождения научной идеи до ее масштабного внедрения в промышленность составляет около 50-60 лет. Конечно, эта закономерность во многом условна, а может быть, и просто случайна. Но тем не менее в энергетике действительно смена одних источников энергии другими, то есть занятие ими более половины энергетического баланса (дрова - уголь - нефть - газ), происходила через 50-100 лет, хотя в разных странах это было по-разному.
Эти рассуждения приведены лишь для того, чтобы показать: в задержке освоения термоядерного синтеза нет уж слишком специфичных причин. К сожалению, понимание и разработка теоретических основ термоядерных реакторов оказались процессом более сложным, нежели для реакторов деления ядерного горючего.
Но еще более впечатляет разница между физическими моделями этих реакторов, которые демонстрируют осуществимость обеих технологий. Вспомните о простейшем ядерном реакторе деления. Это кастрюля с водным раствором уранилнитрата, обогащенного ураном235. В ней за счет деления ядер урана может выделяться тепловая энергия.
Физическая модель термоядерного реактора гораздо сложней. Еще не ясно, как будут выглядеть ее отдельные узлы и системы, каковы будут ее параметры.
Для создания этого агрегата нужно преодолеть значительные трудности. Чтобы понять ее природу, обратимся к физике плазмы.
Проблема УТС
Физики, привыкшие экономно выражать с.,оп мысли о физической природе вещей и событий и изображать их закономерности в виде формул и графиков, называют проблему овладения управляемым термоядерным синтезом коротко: проблема УТС.
В центре этой проблемы - плазма, наиболее распространенная форма вещества в природе. Мы уже знаем, что для слияния ядер легких элементов, скажем водорода и дейтерия, и получения энергии за счет этой реакции нужно сначала сильно нагреть оба элемента и перевести их в состояние плазмы смеси из электронов, оторвавшихся от атомов, и ионов-атомов, потерявших электроны и получивших в результате этого положительный заряд. При дальнейшем разогреве плазмы ядра в ней начинают сливаться с выделением энергии.