Американские физики построили термоядерную установку. Ее называют одним из главных научных проектов XXI века. Возможно, миллиарды были потрачены зря
Если верить ученым, в ближайшее время на территории США может произойти термоядерный взрыв. Это случится в самом сердце Калифорнии — городе Ливермор. За человеческие жизни можно не опасаться. Взрыв будет очень слабым — не больше 11 кг в тротиловом эквиваленте. Этого события в Ливерморской национальной лаборатории ждут уже 12 лет.
Весной там было закончено строительство Национального комплекса зажигания (NIF) — экспериментальной термоядерной установки. Ее создатели рисуют заманчивые перспективы: в скором будущем управляемые термоядерные взрывы начнут вытеснять традиционные источники энергии. Но пока налицо лишь один результат: стройка поделила физиков на два лагеря. Одни специалисты называют установку главным проектом XXI века, а другие говорят, что все это похоже на авантюру.
Аргументы у критиков простые: создатели не могут гарантировать, что комплекс заработает как надо. При этом на его строительство США уже потратили больше $3,5 млрд, что сопоставимо c затратами на сооружение Большого адронного коллайдера — самой дорогой в истории физики установки. Весной ученые начали предварительные испытания установки, а на днях выступили с оптимистичным отчетом. По их словам, термоядерную реакцию можно будет запустить в самое ближайшее время. Уже в следующем году в установку впервые будет загружено термоядерное топливо. Энтузиасты и скептики с нетерпением ждут решающего эксперимента.
Директор NIF Эдвард Мозес подбрасывает на ладони блестящий шарик размером чуть меньше горошины. Так выглядит миниатюрный термоядерный заряд, разработанный в Ливерморской национальной лаборатории. Ученый демонстрирует макет. Внутри настоящих зарядов находится смесь изотопов водорода — дейтерия и трития. Дейтерий может быть получен из обычной воды, а тритий — из достаточно распространенного лития.
Чтобы взорвать такую «бомбу», ее необходимо облучить мощным лазером. Под действием излучения капсула сжимается и разогревается до температуры в сто миллионов градусов. А этого достаточно для того, чтобы внутри нее стали возможными термоядерные реакции. Атомы дейтерия и трития начнут сливаться воедино, образуя атом гелия. На том же принципе основано действие термоядерного оружия.
Мозес и его коллеги собираются заменить большой взрыв серией незначительных вспышек. Они не разрушат установку, и полученную энергию можно будет использовать максимально эффективно. С помощью выделившегося при взрыве капсул тепла можно нагревать воду, которая будет приводить в движение турбину генератора.
Теоретически дейтерий, добытый из 400 литров воды, способен дать столько же энергии, сколько даст сжигание груза самого большого нефтяного танкера. Но на практике все не так радужно. Мало просто запустить термоядерные реакции. Они должны проходить достаточно эффективно. Только в таком случае в работе установки будет смысл — количество выделяющейся энергии с лихвой покроет затраты на работу самого лазера.
А энергии требуется предостаточно. О проекте похожей на NIF установки в Ливерморе с жаром говорили еще 25 лет назад. И точно так же уверяли, что прорыв в этой области не за горами. В 1984 году в лаборатории был сооружен огромный лазер, получивший название Novа. Излучатель был построен по расчетам физика-теоретика Джона Наколлса. Он одним из первых предложил использовать лазерное излучение для запуска термоядерных реакций и опубликовал оценки параметров, которыми такая установка должна обладать. Nova соответствовал всем этим требованиям, но, когда строительство уже шло полным ходом, физик обнаружил в своих расчетах ошибку.
Оказалось, что у Nova нет никаких шансов запустить термоядерную реакцию — по новым оценкам, лазер должен был быть на порядок мощнее. На этот раз физик, похоже, оказался прав. Комплекс достроили, но ожиданий он так и не оправдал.
Зато, уверяет Мозес, это легко сделает его установка. Ее модули расположены на площади, равной трем футбольным полям. В основе NIF лежит импульсный лазер нового поколения. Вернее, целая сеть излучателей, создающая 192 независимых пучка. С помощью сложной системы линз и зеркал их свет фокусируется на мишени с термоядерным топливом. Сама цель располагается в отдельной жаропрочной камере диаметром 9 метров.
В мае ученые опробовали лазер в деле. Его мощность полностью соответствовала ожидаемой. Правда, установка работала вхолостую — в камере не было мишени. «Важный психологический барьер пройден», — говорит Мозес. Сейчас он и его сотрудники включают лазер ежедневно по несколько раз, постепенно повышая его мощность. «Это как догонять бегом трогающуюся с места “Феррари”, — смеется физик. — Поначалу совсем не сложно».
В начале следующего года — точная дата пока неизвестна — лазер наконец выстрелит по капсуле с термоядерным топливом. Мозес ни минуты не сомневается в положительных результатах этого испытания. И рассуждает о будущем. По его прогнозу, к 2012 вырабатываемая установкой энергия начнет окупать затраты на ее работу. Тогда она станет основой для строительства термоядерной электростанции. «Если бы мне сейчас предложили построить такой прототип за десять лет — я бы взял на себя это обязательство», — говорит он.
Ученые уже решили, что назовут проект «Лазерная станция инерциального термоядерного синтеза». Похоже, Мозес разбирается не только в физике, но и в маркетинге. Сокращенно проект называется LIFE — то есть жизнь. Запустить такие станции в серийную эксплуатацию, уверяет физик, можно уже к 2030 году. Его уверенность передается не только государственным чиновникам, многие годы делающим ставку на дорогостоящий проект. С недавних пор в Ливермор зачастили представители крупнейших энергетических компаний.
«Бизнесмены думают об окружающей среде, но считают существующие “зеленые” технологии недостаточно привлекательными», — говорит физик. Термоядерные установки, объясняет он, вполне можно назвать экологически чистыми. Они не выбрасывают в атмосферу парниковых газов и, в отличие от атомных станций, оставляют после работы совсем небольшое количество радиоактивных отходов. Обо всем этом Ливерморская лаборатория рассказывает потенциальным заказчикам в красочных буклетах. В проспектах есть даже картинки еще не существующих коммерческих образцов.
Эта активность Мозеса настораживает многих его коллег. Они напоминают, что проект шел не гладко с самого начала. У создателей установки постоянно возникали технические проблемы. Например, взрывы конденсаторов в системе питания лазера, которую в итоге пришлось переделывать с нуля. Майкл Кэмпбелл, один из бывших руководителей ливерморского проекта, об этом прекрасно знал, но правительственной комиссии о сложностях не сообщал. В 1999 году выяснилось, что физик обманывал чиновников и у него на самом деле не было ученой степени. Кэмпбелл лишился своего поста. В результате всех накладок строительство установки отстало от графика на целых пять лет. А смета выросла почти в четыре раза.
Теперь критики говорят, что от проекта Мозеса за версту веет настоящей авантюрой. Причем среди недовольных не самые последние ученые. Один из них — физик Стивен Боднер, до выхода на пенсию возглавлявший термоядерные исследования научного центра ВМФ США. По словам Боднера, группа Мозеса забегает вперед и сильно преуменьшает стоящие перед ними технические барьеры. Главный научный консультант совета по природным ресурсам Пентагона Томас Кохран еще более категоричен. «Это самые настоящие шарлатаны», — негодует он. По словам эксперта, лазер вообще не надо было строить. Даже если испытания вдруг пройдут успешно, считает он, такие установки никогда не станут конкурентоспособными. Слишком они громоздкие и дорогие.
«Эти люди не верят в прогресс, — отбивается Мозес. — В свое время они точно так же отрицали бы возможность создания мобильного телефона». Его осторожно поддерживает руководитель Ливерморской национальной лаборатории Джордж Миллер: «Чтобы оценить все перспективы этой идеи, установку было просто необходимо построить». Не исключено, что проект будут тянуть до последнего, потому что у установки есть еще одно применение. В 1996 году США присоединились к договору, запрещающему любые испытания ядерного оружия. С тех пор эффективность и срок годности термоядерных зарядов оценивают исключительно с помощью компьютерного моделирования. Установка Мозеса — единственное место в США, где сейчас можно производить пусть миниатюрные, но вполне настоящие термоядерные взрывы. На это миллиардов из бюджета не жалко.