Эта аббревиатура, о которой мало кто слышал, чрезвычайно много значит для нашего будущего. Объект, стоящий за ней, уже в ближайшие годы даст ответ на самый важный вопрос современности – есть ли оно у нас. National ignition facility можно перевести как Национальная термоядерная лаборатория.Срок жизни технологической цивилизации нашего уровня определяется временем исчерпания природных запасов органического топлива, а также тем, успеем ли мы за это время получить доступ к новым, дешевым и неисчерпаемым источникам энергии. Если успеем, то оправдаем это определение – цивилизация. Если нет…
Чтобы поддержать нынешние темпы развития, необходимо уже к 2030 г. удвоить мировое производство электроэнергии! Но как раз к тому времени начнется резкое сокращение добычи углеводородов. Ни атомная энергетика, ни альтернативные источники (Солнце, ветер, волны, топливо из растений) не заменят нефти и газа и не позволят продолжать развитие в темпе, к которому мы привыкли за последние полтора века и который уже кажется нам естественным. Угольная энергетика? Она лишь затянет агонию на пару веков и сделает ее гораздо более мучительной.
Если мы в ближайшие десятилетия получим такой недорогой и емкий источник, то еще какое-то время сможем развиваться в том же русле, пусть и не столь стремительно. Если нет, то произойдет редукция технологической цивилизации, сопровождаемая большими потрясениями, вплоть до значительного сокращения населения. Затем на некоторое время установится гомеостаз, при котором в отдельных анклавах планеты удастся поддерживать бледную копию того мира, в котором мы живем сейчас, но вряд ли это будет стабильное общество. Дальше – возврат к традиционному, нетехнологическому образу жизни. В лучшем случае.
С этой точки зрения Канада находится в самом благоприятном положении как со стороны ресурсов (нефть, лес, гидроэнергия), так и в связи с близостью большого и энергичного соседа, который 29 мая этого года завершил в Ливерморской лаборатории Калтеха строительство гигантского сооружения под приведенным выше названием.
Что удивляет более всего, так это отсутствие рекламы, шумихи, вообще небольшое количество информации по теме, а ведь строительство установки началось еще 12 лет назад и стоило около 4 млрд. долларов! На снимке показано начало монтажа десятиметровой камеры, где и установят мишень, на которую будут направлены лазерные лучи. Снимок сделан в 1999 г. Научный мир еще шумел о перспективах нового поколения токамаков (это установка термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы), а ливерморцы приступили к строительству предпромышленного образца установки, работающей по совершенно иному принципу! Ничего не скажешь, американская университетская наука вещь серьезная…
В 2010 году начнутся эксперименты по фокусировке энергии 192 мощных лазеров в крохотном золотистом цилиндрике, напоминающем гильзу от малокалиберной винтовки. В нем установлена мишень размером с миллиметровую дробинку, вокруг которой и будет сплетена огненная сеть лучей, отраженных и переотраженных зеркальной поверхностью так, что в итоге должна получиться ловушка стабильнее и эффективнее магнитной. Ловушка – и одновременно поджиг, недаром система носит такое название. На стенках внутренней полости этой дробинки в замороженном виде хранится смесь дейтерия с тритием, тяжелых изотопов водорода.
Лучи диаметром всего лишь 0.35 мм, но несущие колоссальную энергию в два мегаджоуля, что делает NIF самой мощной лазерной установкой в мире, проникают через два отверстия в торцах цилиндра, мгновенно испаряют материал капсулы с топливом, уплотняют его, создавая внутри зоны чудовищное давление и температуру в сто миллионов градусов, что намного горячее, чем в недрах Солнца! Этого будет достаточно для запуска реакции термоядерного синтеза – как в маленькой водородной бомбе. Ожидается, что выход энергии превысит ее затраты, как минимум, в 60 раз, а при переходе на промышленные технологии – и в 100 раз!
Таков принцип действия NIF, он несложен, хотя и требует большой инженерной смелости и высочайшей технологической культуры. Не думаю, что еще какая-либо страна в мире или даже группа стран способна на реализацию таких мегапроектов. Европейцы, во всяком случае, все еще возятся с токамаком и сильно отстали. Но как же этот принцип воплощается в жизнь?
С поистине американским размахом! Экспериментальная лаборатория представляет собой внушительное 10-этажное сооружение площадью в 3 футбольных поля. В боковых его нефах проложены трубы вакууммированной оптической системы для формирования, усиления и преобразования двух потоков по 96 лазерных лучей, которые затем сходятся сверху и снизу в рабочей камере, где с микронной точностью установлен цилиндр с мишенью. Задающий лазерный генератор способен формировать импульсы длиной от 0.2 до 25 наносекунд. Это значит, что по каналам оптической системы длиной в 1.5 километра мчатся короткие отрезки световых лучей длиной от 6 см до 7.5 м. Требования весьма строгие. К мишени они должны прийти с временным разбросом не более 30 пикосекунд (пико – это 10 в минус 12-й!), чтобы обеспечить синхронное воздействие. Иными словами, эти огненные стрелы должны лететь ровным строем, с разбросом не более 9 мм.
Генерация и усиление идут на длине волны 1000 нанометров, в инфракрасной области спектра, невидимой для нашего глаза. Большие стеклянные усилители установки, как и вообще вся лазерно-оптическая система, поражают воображение и вызывают искреннее восхищение любого оптика! Они используют более 3000 толстых, метровых слябов неодимового стекла, которые накачиваются энергией интенсивного белого света семи с половиной тысяч мощнейших двухметровых ламп-вспышек, питающихся от гигантского конденсатора. Перед входом в рабочую камеру специальный преобразователь меняет цвет лучей на ультрафиолетовый. Длина волны в 300 нанометров означает уже не цвет, а ртутно-сварочное сияние!
Там же, на финише, специальные зеркала с изменяемой геометрией преобразуют параллельные линейные стрелы лазерных лучей в сферическую конфигурацию, позволяющую сфокусировать всю их энергию в центре камеры-мишени. Здесь требуется высочайшая точность, недопустимы вибрации, и поэтому башня рабочей камеры построена из напряженного бетона 4-футовой толщины. Что и говорить, фантастическая конструкция! На последнем снимке показана внутренность рабочей камеры и хорошо виден конус подающего устройства. В опытном режиме планируется производить лишь несколько взрывов в час.
Здесь будут взрываться миниатюрные водородные бомбы! Чего же еще не хватает на снимке? Разумеется, не хватает реактора – солидной конструкции метра полтора-два в диаметре с хорошо развитыми контурами теплоотдачи. Скорее всего, с литиевым теплоносителем, так как при этом возможен инбридинг, наработка изотопов водорода. В таком реакторе и должна как минимум 5 раз в секунду происходить вспышка сродни солнечной.
Практичные американцы уже даже подсчитали, что себестоимость дробинки-мишени не должна превышать 25 центов, чтобы установка была хорошо окупаемой, ибо за сутки придется подать в камеру 432 000 таких дробинок. Но возможно ли это? Не себестоимость в 25 центов – при массовом производстве и замене бериллия на пластик она достижима, – а подача в огненную термоядерную зону с такой частотой и такой точностью (микронной!) все новых и новых порций горючего. Расчеты показывают, что температура реактора при хорошем охлаждении не превысит 500 градусов Цельсия. Во всяком случае, так просто такие машины не строят, и если у вас готова столь дорогая пушка, то задачу подачи мишеней к ней вы уж как-нибудь обеспечите.
Новый источник энергии открывает захватывающие перспективы! Во-первых, топлива хватит на тысячи лет. Во-вторых, процесс чистый, без радиоактивного загрязнения, а от гамма-излучения есть надежные способы защиты. В-третьих, его появление очень своевременно, и если у американцев все получится, то удастся разорвать петлю нефтяной и газовой зависимости, остановить рост цен на продовольствие, показать миру, что рано списывать великую страну со счетов, а главное – NIF снова открывает человечеству дверь в будущее! Не в задымленное угольными ТЭЦ и загаженное отходами АЭС, а относительно светлое – настолько, насколько это возможно при нашем стиле жизни.
Монреаль-Бостон
