После почти полного забвения термоядерная энергетика находится на пороге возвращения. Термоядерный синтез — это процесс, который дает энергию звездам. Более 50 лет ученые пытаются использовать эту энергию на Земле.

Применение ископаемого или ядерного топлива сопровождается огромным количеством вредных отходов. Термоядерные электростанции не загрязняют окружающую среду. По оценке исследователей из Лаборатории физики плазмы Принстонского университета (Плэйнсборо, Нью-Джерси), электростанция мощностью в 1000 МВт, работающая на термоядерном синтезе, будет производить около 1,5 кг отходов в день, в то время как угольная электростанция той же мощности дает 31 тыс. т отходов. Хотя работа такой станции и создает некоторый уровень радиации, при этом не образуется ничего подобного смертельно опасным радиоактивным отходам, получающимся при делении атомов урана в реакторе атомной электростанции.

Добывание огня

Синтез происходит, когда атомы водорода (которые по своей природе должны отталкиваться друг от друга) сжимаются вместе так плотно, что сливаются воедино. В результате образуются атомы гелия и освобождается огромное количество энергии. Как показали испытания водородных бомб, проводившиеся в 1950-е годы Комиссией по атомной энергии США, слияние атомов, содержащихся в нескольких килограммах водорода, дает энергию, достаточную для уничтожения какого-нибудь островка в Тихом океане. Если бы удалось научиться управлять реакцией синтеза, эта энергия могла бы быть использована, например, для образования пара, крутящего турбины электрогенераторов.

Сырые спички

Изначально ученые считали, что труднее всего будет достичь температур в сотни миллионов градусов, при которых происходит слияние дейтерия и трития — двух редких форм водорода.

От использования обычного водорода пришлось отказаться, так как оно потребовало бы такой высокой температуры, которую не выдержал бы ни один из существующих материалов. Использование чистого дейтерия рассматривалось, но также было отвергнуто изза неподходящих температурных пределов.

Потратив около $50 млрд из средств налогоплательщиков, исследователи научились зажигать огонь. Теперь нужно научиться его поддерживать. Подобно тому, как пламя свечи колеблется на сквозняке, реакция синтеза испытывает постоянные толчки потоков, возникающих внутри магнитной «бутылки», в которой кружатся плазменные вихри.

Из года в год предполагаемая дата рождения термоядерных генераторов отодвигалась все дальше и дальше в будущее.

«В 1980 году американское правительство решило, что энергетический кризис миновал и разработку новых энергетических технологий можно предоставить частным компаниям», — говорит Стивен Дин, председатель Комитета по термоядерной энергетике, образовательной группы, базирующейся в Мэриленде. В 1996 году Министерство энергетики окончательно перекрыло кран, прекратив финансирование участия США в создании Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER). Этот проект, стоимостью в $14 млрд, разрабатывается теперь на деньги Канады, Японии и Европы. Строительство реактора будет, по всей видимости, осуществляться возле города Клэрингтона (провинция Онтарио, Канада). Хотя канадское правительство уже приступило к работам по оценке экологического эффекта, сроки начала строительства пока неизвестны.

Физика плазмы фактически была забыта потому, что американские ученые не имели ни малейших надежд на финансирование. В прошлом году Национальный совет по научным исследованиям (NRC) сухо сообщил, что из 1300 физиков, работающих в 25 исследовательских отделах ведущих университетов, только трое молодых ученых на должности доцентов занимались физикой плазмы.

Новая заря

В этом году наконец появились признаки улучшения — впервые за более чем десятилетие. В феврале ректор Калифорнийского университета в Риверсайде Рэймонд Орбах был назначен директором научного отдела Министерства энергетики США. Орбах — профессор физики и ранее работал в университетах Англии, Франции и Израиля. Ученые, занимающиеся проблемами синтеза, находят в нем как раз то сочетание технических знаний и дипломатических талантов, которое необходимо Соединенным Штатам для восстановления нарушенных связей с ITER. Как заявил на встрече

министров «большой восьмерки», проходившей в мае 2002 года в Детройте, американский министр энергетики Спенсер Абрахам, «президент Буш особенно интересуется потенциалом ITER и просил нас серьезно изучить возможность участия США в этом проекте».

Министерство также обещало исследователям увеличить годовой бюджет Программы термоядерной энергетики к 2006 году с нынешних примерно $225 млн до $337 млн.

Всплески оптимизма по поводу производства энергии при помощи термоядерного синтеза случались и раньше, но сегодня эти настроения опираются на более твердые научные основания. «Теория и моделирование могут теперь обеспечить более глубокое понимание причин нестабильности и лучшее руководство проведением экспериментов, — говорится в отчете об исследовании состояния физики плазмы, проведенном NRC в 2002 году. — Основные экспериментальные и теоретические средства исследования по большей части уже разработаны, и их объединение, происходящее в настоящее время, должно привести к качественному скачку в движении программы к научным открытиям».

«Говоря более конкретно, мы наконец приблизились к техническому решению главной проблемы, которая мешала развитию термоядерных машин первого поколения, — невозможности управлять турбулентностью во взбаламученной массе плазы, удерживаемой в магнитной ловушке, — объясняет Миклош Порколаб, директор Центра физики плазмы и синтеза Массачусетского технологического института (MIT) в Кембридже. — Мы показали, что возможность избавиться от турбулентности в принципе существует. С моей точки зрения, это совершенно умопомрачительное достижение. При соответствующем федеральном финансировании прототип термоядерного реактора мог бы быть испытан всего через 30−40 лет. А к середине столетия станет возможным и запуск промышленного реактора».

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2003).