0
3295
Газета Печатная версия

12.07.2006

Дорога в термоядерный рай

Валентин Белоконь

Об авторе: Валентин Анатольевич Белоконь - действительный член Академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.

Тэги: термояд, исследования

Разве можно верить физикам, приручающих термояд? Прорыв в суперплотность обещает удивительные достижения. В 2025-2035 гг. к Марсу запустят 3-5 пилотируемых термоядерных кораблей.

термояд, исследования Внутренний разрез алюминиевой оболочки камеры для лазерного термояда. Показаны отверстия, через которые на мишень с термоядерным топливом будут направляться лазерные пучки.
Фото с официального сайта Ливерморской национальной лаборатории им. Э.Лоуренса

Уже более 50 лет известна субстанция с почти полным отсутствием энтропийной составляющей (энтропия – мера необратимого хаоса) – лазерный луч. Это - абсолютно холодный своеобразный световой кристалл. Замечательно, что именно луч лазера скорее всего самый реальный кандидат в качестве инструмента, позволяющего реализовать принцип термоядерной генерации энергии. Это произойдет в период 2010–2012 гг., когда в США и Франции, а может быть, и в Японии и даже в России "заработает" термояд – лазерный. Его еще называют «инерциальным»...

Представьте себе: 2-миллиметровые водородные микробомбочки, содержащие каждая по 150 микрограммов термоядерного топлива (на первых порах – смесь дейтерия с тритием), взрываются с энергией не менее 10 мегаджоулей (МДж). Взрывы эти происходят под воздействием лазерного излучения, сфокусированного примерно до 1015 ватт/см2. Энергия самого лазерного луча при этом составит 1 МДж. Практическая эффективность такого достижения как будто невелика. Но этот результат откроет дверь новой эпохе получения не только новых масштабов энергии, но и беспрецедентных потоков мощности. Прорыв в суперплотность обещает удивительные достижения.

Дело в том, что микробомба срабатывает полноценно только при эффективной имплозии (программированном взрыве внутрь, приводящем к суперсжатию). В лазерно-термоядерных опытах уже в 2010–2012 гг. посредством имплозии будет достигнуто давление выше давления внутри Солнца – до 1000 млрд. атмосфер.

Правда, на Солнце подобное давление поддерживается вечно – миллиарды лет, а в микробомбе примерно одну миллиардную секунды. Зато в микробомбе и температура, и плотность, пусть мимолетно, превосходит солнечные параметры раз в десять. Оптимизация режимов лазерного термояда позволит получать микровзрывы до 50–100 МДж под воздействием лазерных импульсов 1,5–2,0 МДж. В дальнейшей перспективе – создание реакторов, в которых взрывы полусантиметровых микробомб, под воздействием лазерных или ионно-пучковых потоков с энергией 5–10 МДж, дадут энергию в тысячи мегаджоулей.

Но радиоактивный тритий экологически неудобен и будет заменен, или почти заменен в микробомбе. Еще не разработанные – либо еще не рассекреченные! – микробомбы будут заряжаться нерадиоактивной смесью дейтерия с легким изотопом гелий-3 или будут работать на почти чистом дейтерии. Это будет означать пришествие термояда в промышленную энергетику, появление которой ожидается уже в период 2030–2035 гг.

Умеренно оптимистический прогноз становления «инерциального» – микровзрывного термояда видится как последовательность следующих этапов. (Этот прогноз во многом опирается, хотя и косвенно, на массив результатов исследований Ливерморской национальной лаборатории им. Э.О. Лоуренса, США).

2006–2010 гг. – уточнение стратегии фундаментальных НИР и ОКР, оптимизация микровзрывных комплексов; новые расчеты и тестовые эксперименты.

2010–2015 гг. – экспериментальное подтверждение расчетов эффективной имплозии и выделения термоядерной энергии при лазерном воздействии с энергией 1–2 МДж за несколько наносекунд. Энерговыделение такого микровзрыва вначале составит 10–20 МДж, а в дальнейшем – до 50 МДж. Эти разработки сначала будут реализованы в США, а потом и во Франции.

2015–2020 гг. – интенсификация экспериментов и теоретических работ в США, Франции, России, Китае, Германии, Швеции, Японии, Австралии, Канаде, Италии приводит к получению микровзрывов дейтерий-тритиевых капсул (DT-капсул) масштаба энергии более 1000 МДж, а при минимизации содержания трития – 300–500 МДж под лучом 5–15 МДж.

Самым продвинутым на сегодняшний день проектом лазерного термояда считается американский NIF, реализуемый в Ливерморской национальной лаборатории. На снимке – пятиметровая камера, внутри которой будут происходить термоядерные микровзрывы.
Гонка в создании реакторов, не обязательно для электростанций. Испытания подсистем космических платформ, межпланетных кораблей и самолетов на микровзрывной энергетике с реакторами 1–10 ГВт. Активные разработки реакторов на 10–100 ГВт на основе различных топлив, в том числе для лунных и марсианских баз. Принятие решений о начале возведения прототипов стационарных и мобильных термоядерных комплексов различного предназначения, в том числе – межпланетных, массой 2000–6000 т, развивающих скорость более 100 км в секунду.

Мировые расходы на микровзрывной термояд достигают триллиона долларов в год или выше (в ценах 2005–2006 гг.).

2020–2025 гг. – первые крупные термоядерные летательные аппараты – и самолеты, и космические. Прототипы термоядерных электростанций на DТ-топливе и с применением гелия-3. Стоимость этих прототипов – от 10 до 15 млрд. долларов за 2–3 ГВт. Развитие промышленной добычи гелия-3 на Луне с доставкой на Землю. Новые технологии на основе термояда, в том числе – пережигание отходов АЭС.

2025–2035 гг. – запуск к Марсу 3–5 пилотируемых термоядерных кораблей. Неожиданные применения микровзрывов, вплоть до генерации гравитационных волн. Доля термоядерной электроэнергетики достигает 5–10% в мировом энергопроизводстве, в том числе во Франции и Японии – 15–25%. (Доля ТОКАМАКов и других систем с магнитным удержанием плазмы при этом вряд ли превысит 1%.)

 

Сверхмощные лазерные системы

 

Страна Лаборатория, установка Параметры: уровень мощности (энергия лазерного импульса, длительность импульса) Состояние
США Center for Ultrafast Optical Sciences, University of Michigan, установка HERCULES 45 ТВт (1,4 Дж, 30 фс) Достигнута интенсивность0,7х1022 Вт/см2
США Lawrence Livermore National Lab., установка NIF-PW 4 ПВт (1-й этап) 100 ПВт (2-й этап) В стадии разработки
Великобритания Central Laser Facility, Rutherford Appleton Lab., установка VULCAN 1 ПВт (500 Дж, 500 фс) Ведутся эксперименты при 1020 Вт/см2
Великобритания Astra Gemini Project 1 ПВт (30 Дж, 30 фс) В стадии разработки
Япония Advanced Photon Research Center, Japan Atomic Energy Research Institute 0,85 ПВт (28 Дж, 33 фс) Ведутся эксперименты при 1021 Вт/см2
Япония Institute of Laser Engineering, Osaka University, установка GEKKO-XII 1 ПВт (500 Дж, 500 фс) Ведутся эксперименты при 1021 Вт/см2
Франция CEA/CESTA, UMR Center Lasers Intenses et Applications, Universite de Bordeaux установка LIL-PW 7 ПВт (3,6 кДж, 500 фс) В стадии разработки
Россия ИПФ РАН + ВНИИЭФ 130 ТВт (10 Дж, 70 фс) Установка работает
Россия ВНИИЭФ + ИПФ РАН 1 ПВт (100 Дж, 100 фс) В стадии разработки, эксперименты при 1020 Вт/см2 в 2007 г.

Примечания: фс – длительность лазерного импульса, фемтосекунды (1 фс = 10–15 с);
ПВт – мощность выделяющейся термоядерной энергии, петаватты (1 ПВт = 1015 Ватт)

Источник: «Вестник РАН», т. 76, № 6, 2006


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Для науки придумали новый формат

Для науки придумали новый формат

Андрей Ваганов

Сможет ли национальный проект стать адекватной заменой проекту Петра Великого

0
1057
Сергей Кириенко поддержит исследования российских политологов

Сергей Кириенко поддержит исследования российских политологов

Андрей Серенко

0
1372
Академию почти не видно в научном ландшафте

Академию почти не видно в научном ландшафте

Фундаментальные и поисковые исследования уходят в Минобороны и университеты

0
2584
Сколько абитуриентов  из-за рубежа нужно России

Сколько абитуриентов из-за рубежа нужно России

Гульнара Краснова

Увеличить число иностранных студентов можно уже сегодня

0
2601

Другие новости

Загрузка...
24smi.org