Франция празднует победу – на её территории международное сообщество построит экспериментальный реактор ядерного синтеза – крупнейший в своём роде. Между тем, на фоне этой эйфории в тень ушли иные проекты по выработке электроэнергии за счёт реакций синтеза. А напрасно.
То, что построят во Франции (реактор ITER) – это токамак – тороидальная камера с электромагнитными катушками, удерживающими своим полем горячую плазму.
Известно, что эта схема – не единственная, позволяющая реализовать управляемый синтез. Но почему-то на неё обращено наибольшее внимание общественности, политиков, и, соответственно, выделяются самые большие средства.
А есть ещё, скажем, вариант с обстрелом дейтериевых мишеней сверхмощными лазерами, которые обрушиваются на миниатюрные шарики ядерного топлива со всех сторон и сжимают их настолько, что в центре такого шарика поднимается давление и температура до величин, достаточных для начала реакции синтеза.
Особенно активно эту технологию развивают в США, но уже много лет не видно «решающего прорыва». Хотя есть «обнадёживающие результаты» опытов.
Между тем, существует и ещё один способ создания промышленного реактора синтеза. Способ куда менее известный вне научных кругов.
Эта сравнительно новая технология носит название «Синтез при помощи тяжёлых ионов» (heavy ion fusion — HIF).
В самых общих чертах она похожа на лазерный синтез, но вместо лазеров шарики-мишени (дейтерий с тритием), размером с горошину, сдавливают со всех сторон мощнейшие потоки тяжёлых ионов.
Собственно, главное препятствие на пути создания такой установки, способной производить промышленную электрическую энергию из обычной воды (точнее — из дейтерия, которого в воде — в избытке и трития, который сравнительно просто можно получать из лития – а его полно в земной коре) – это необходимость создания ионных пучков очень высокой мощности, при необычайно коротком времени этого импульса.
И это-то как раз удалось американским физикам буквально недавно.
«Длина импульса — четыре наносекунды! Мы, наконец-то, поместили лучи тяжёлых ионов в пределы такого диапазона длин импульса, который необходим для экспериментов по физике высокой энергии, имеющих практическое приложение, и даже — для построения электростанции ядерного синтеза».
Это слова Гранта Логана (Grant Logan), главы исследовательского проекта, о котором мы говорим, физика из американской национальной лаборатории Беркли (Berkeley Lab) и главы виртуальной национальной лаборатории по ионному синтезу (Heavy-Ion Fusion Virtual National Laboratory).
Установка, на которой проводились эти опыты, носит мудрёное название «Средство для эксперимента по нейтрализованному сжатию дрейфа» (Neutralized Drift Compression Experiment facility — NDCX-1).
Тяжёлые ионы (ксенон, ртуть, цезий) производил ускоритель частиц, а специальная система сжимала этот пучок не только в поперечном направлении (фокусировка), но и в продольном – то есть, сокращала время импульса.
На входе в установку NDCX-1 импульс ионов длился 200 наносекунд – на выходе он уже выстреливал в мишень за 4 наносекунды.
Поток заряженных частиц имел силу 25 миллиампер и энергию 255 килоэлектронвольт. Этого ещё мало для зажигания синтеза, но принципиально пока именно время импульса.
А параметры установки можно наращивать. Главное – две идеи, которые позволили сжать пучок ионов, так сказать, во времени, в пятьдесят раз.
Первое – луч направляли не через вакуум, как делают экспериментаторы во всём мире, а через плазму, электроны в которой предотвращали разбегание ионов под действием кулоновских сил отталкивания.
Второе – специальная умная магнитная система разгоняла «хвост» пучка быстрее, чем «голову». Таким образом, луч ионов сжимался вдоль своей длины.
Участники эксперимента теперь планируют собрать новую систему — NDCX-2, где параметры луча будут подняты на порядки. А там, глядишь, и до электростанции недалеко.
Заманчивая эта вещь – ядерный синтез. Берёте эдак с одну тонну воды, и у вас уже есть запас энергии, чтобы питать большой город в течение года.
Но вот какая схема промышленного реактора синтеза окажется наиболее работоспособной/рентабельной/дешёвой – покажет время.
