Американцы скорее всего опередят Европу в гонке за управляемый термояд

Принципиальная схема реализации принципа управляемого лазерного термоядерного синтеза.
Фото с официального сайта Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, lasers.llnl.gov
Буквально с разницей в один день √ 31 марта и 1 апреля √ произошли два информационных события, внутренняя интрига между которыми еще ждет своего летописца.
Сначала на заседании президиума Российской академии наук с докладом ╚Начало практических работ по термоядерной энергетике╩ выступил академик, президент РНЦ ╚Курчатовский институт╩ Евгений Велихов. Суть его выступления передаю по официальному пресс-релизу РАН.
Сейчас во Франции, в местечке Кадараш, начинается строительство Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER). В основе проекта √ термоядерная установка ТОКАМАК (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками √ тор, ╚бублик╩, внутри которого парит в сильном магнитном поле плазменный шнур). Сам принцип удержания миллионноградусного плазменного шнура в магнитном поле предложен еще в 50-х годах прошлого века выдающимися советскими учеными, академиками Игорем Таммом и Андреем Сахаровым. ITER √ крупнейший международный научно-технический проект, инициатива которого во многом принадлежит СССР (М.С.Горбачев, Е.П.Велихов √ 1985 год). В настоящее время участниками проекта ITER являются Европейский союз, Китай, Индия, Япония, Республика Корея, Российская Федерация, Соединенные Штаты Америки. Вклад России в этот проект √ 9,09% стоимости сооружения ITER и реализуется в виде изготовления и поставки уникального высокотехнологичного оборудования.
Как отметил при обсуждении доклада доктор физико-математических наук Сергей Мирнов, если бы ITER работал стационарно, он за год выдавал бы 1 гигаватт электроэнергии плюс 2 гигаватта √ за счет сгорания ядерного топлива. Это составляет половину мощности Красноярской ГЭС.
Правда, пока говорить об этом можно только в сослагательном наклонении. Сейчас готова площадка для ITER, строятся дорога и административные здания, создано и действует Агентство ITER.
На следующий день, 1 апреля, из США пришло другое информационное сообщение.
В Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса в Калифорнии закончено строительство самого мощного в мире лазерного комплекса. Он получил название ╚Национальная зажигательная установка╩ (US National Ignition Facility, NIF). Строительство продолжалось 12 лет. На лазерный комплекс было потрачено 3,5 млрд. долл.
В основе NIF √ 192 мощных лазера, которые будут одновременно направляться на миллиметровую сферическую мишень (около 150 микрограммов термоядерного топлива √ смесь дейтерия и трития; в дальнейшем радиоактивный тритий можно будет заменить легким изотопом гелия-3). Температура мишени достигнет в результате 100 млн. градусов, при этом давление внутри шарика в 100 млрд. раз превысит давление земной атмосферы. То есть условия в центре мишени будут сравнимы с условиями внутри Солнца. Возможно, ученым удастся запустить термоядерную реакцию. (Этот способ так и называют: лазерный, или импульсный, термояд.) Начало испытаний NIF намечено на июнь.
Таким образом, речь идет о начале качественно нового этапа принципиального, я бы даже сказал √ идеологического (в смысле научной идеологии), спора. Чей путь к управляемой термоядерной реакции, а следовательно, к термоядерной энергетике, окажется короче и эффективнее: токамаковский или импульсный, лазерный. До сих пор ученые могли приводить лишь ╚точечные╩ экспериментальные данные и теоретические расчеты в пользу того или другого варианта. Теперь, чуть больше чем через месяц, нас ждет начало полномасштабных физических экспериментов. По крайней мере на одной из конкурирующих установок. Но, повторю, чей путь приведет к ╚термоядерному раю╩, оценить пока трудно. Впрочем┘
╚Как раз это-то можно сделать, √ подчеркнул в беседе с корреспондентом ╚НГ╩ доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Физического института Академии наук (ФИАН) Сергей Гуськов. √ Американцы осуществили физический запуск установки. Еще в конце января 2009 года появилась информация о том, что они поставили последний оптический элемент в этой огромной установке √ NIF.
Там этих оптических элементов √ тысячи. Тем самым установка была сформирована полностью. Ливерморская Лоуренсовская национальная лаборатория √ это крупнейший американский ядерный центр, военная лаборатория. Аналогия √ наш ядерный центр в Сарове. Они должны были сдать комиссии установку в марте этого года. Это и произошло╩.
Эксперты предсказывали, что ╚обжатие╩ лазерными пучками мишеней вызовет и микровзрывы с энергией около 10 мегаджоулей (МДж). Плотность лазерного излучения достигает при этом примерно 1015 ватт/см2. Энергия самого лазерного луча при этом составит около 1 МДж (см. ╚НГ-энергию╩ от 12.08.06).
И вот американцы осуществили ╚выстрел╩ всеми элементами лазера на энергию 1,2 МДж. ╚Это самый крупный лазер в мире, √ поясняет Сергей Гуськов. √ Общая площадь всего лазерного комплекса равна трем футбольным полям. Лазер на 12 килоджоулей есть в Японии, те же 12 килоджоулей √ у нас в Сарове, установка ИСКРА. То есть разница √ три порядка, в тысячу раз. Но самое любопытное, что и лазерный термояд √ это наше! Идея инерциального термоядерного синтеза была сформулирована в 1962 году академиком Николаем Геннадьевичем Басовым и, тогда еще не академиком, Олегом Николаевич Крохиным. Басов выступал на сессии Академии наук СССР и определил лазерный термояд как одно из направлений управляемого термоядерного синтеза. Было даже сформулировано, какая мощность лазера должна быть┘╩
Надо заметить, что и в ФИАНе велись очень серьезные работы по лазерному термояду. Здесь в 1968 году были выполнены первые эксперименты в этой области. Правда, тогда использовалась не сферическая мишень, а плоская. ╚У нас были две отличные установки √ КАЛЬМАР (на энергию 100 Дж √ для экспериментов), потом √ ДЕЛЬФИН, на 3 кДж. У американцев и японцев в то время было все то же самое╩, √ рассказывает профессор Гуськов.
Можно, конечно, спорить: какой из термоядов √ на основе ТОКАМАКов или лазерный √ красивее по физике процесса и проще по инженерно-технологической реализации. Но как бы там ни было, пока к строительной площадке для ITER строится дорога, реактор NIF уже начнет работать через месяц.
Не последнюю роль в такой развязке сыграло то обстоятельство, что магнитное удержание плазменного шнура в тороидальной камере √ это полностью гражданская программа. С лазерным термоядерным синтезом √ все по-другому.

Сферическая камера установки термоядерного синтеза NIF. Вид изнутри.
Источник: antonares.net
╚Если хотите, √ это просто маленькая водородная бомба, √ поясняет Сергей Гуськов. √ Сумеете равномерно обжать мишень со всех сторон лазерным излучением √ и вы получаете многие процессы, которые идут при термоядерном взрыве. Хотя по масштабу, конечно, это значительно меньше. Но сам принцип √ это одно и то же. Специалисты это сразу поняли: да, есть гражданское применение √ можно получить положительный выход энергии (вложили столько-то, а получили в десятки раз больше); но есть и военное применение. И у нас, и у американцев эти работы велись совсем в другом режиме╩.
По некоторым данным, намеченный на 2016 год физический пуск ITER может быть передвинут на 2018-й. И это не связано с мировым экономическим кризисом. Проблема √ в политике. В этой программе изъявили желание участвовать 12 стран. Некоторые из этих государств √ хотя они и не готовы к этому √ стремятся получить себе часть заказов на изготовление компонентов для ITER. Это сулит научно-технические и технологические выгоды. Объединенная Европа никого не может обидеть √ ищется компромисс.
А в Ливерморской национальной лаборатории уже имеется готовая к физическому пуску экспериментальная установка. ╚Могут быть трудности, √ соглашается профессор Гуськов. √ Они могут отодвинуть пуск на год-два┘ Но я не верю, что до 2018 года американцы не опередят европейцев с их ITER╩.
Вообще-то этот результат сам по себе не совсем тривиален. В последние годы общество уже привыкло и принимает за данность, что современная Большая Наука √ это дело больших международных проектов и коллабораций. Большой адронный коллайдер (LHC) в Европейском центре ядерных исследований в Женеве, пуск которого все откладывается и откладывается, наиболее яркий пример в этом ряду. Но вот, оказывается, что национальные исследовательские проекты и программы в каком-то смысле более эффективны.
√ То есть американцы тут не блефуют: они действительно вполне способны запустить свой NIF, как наметили, в июне? √ интересуюсь я у Сергея Гуськова.
√ Что вы, какой блеф! Все серьезно.


Источник www.ng.ru